一种基于霍夫迈斯特效应的蛋白质水凝胶及其制备方法
阅读说明：本技术 一种基于霍夫迈斯特效应的蛋白质水凝胶及其制备方法 (Protein hydrogel based on Hofmeister effect and preparation method thereof ) 是由 寿旗扬 李圣宇 吴熙锦 张红 金璐 孙洁文 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于霍夫迈斯特效应(Hofmeister)的蛋白质水凝胶及其制备方法。霍夫迈斯特效应辅助制备蛋白质水凝胶的制备方法包括：将牛血清蛋白与N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备蛋白质水凝胶,将其浸泡在不同盐溶液中,成功改变其性能。其操作简单可控,本发明专利探讨了Hofmeister系列中几种不同浓度和类型的盐对蛋白质水凝胶形成和性能的影响,可作为改变蛋白质水凝胶性质的有效方法。(The invention relates to a protein hydrogel based on Hofmeister effect (Hofmeister) and a preparation method thereof. The preparation method for preparing the protein hydrogel with the assistance of the Hofmeister effect comprises the following steps: bovine Serum Albumin (BSA), N-hydroxysuccinimide (NHS) and a cross-linking agent 1-ethyl-3- [ 3-dimethylaminopropyl ] carbodiimide hydrochloride (EDC) are used for preparing protein hydrogel, and the protein hydrogel is soaked in different salt solutions to successfully change the performance of the protein hydrogel. The method is simple and controllable in operation, and the patent of the invention discusses the influence of several salts with different concentrations and types in Hofmeister series on the formation and performance of the protein hydrogel, and can be used as an effective method for changing the property of the protein hydrogel.)
技术领域
本发明涉及水凝胶领域，特别涉及一种基于霍夫迈斯特效应的蛋白质水凝胶及其制备方法。
背景技术
水凝胶具有柔软，富水的性质，被广泛应用于药物输送，组织工程和可穿戴电子产品，可模拟生理环境，并有利于材料中的细胞培养和传质。但仍存在炎症反应和/或细胞毒性的风险相比之下，从蛋白质和多糖等天然聚合物中提取的基质具有优越的生物安全性，满足了研究人员的追求。Hofmeister效应是蛋白质最主要的性能之一，对于它的研究一直很深入，其机理仍然是辩论中最有趣的基本问题之一。借助该方法或者可以解决蛋白质水凝胶低断裂韧性或机械强度的问题。更重要的是阴离子已被证明比阳离子具有更明显的作用，通常有序排列：CO3 2->SO4 2->S2O3 2->H2PO4 ->F->CH3COO->Cl->Br->NO3 ->I->ClO4 ->SCN-。
因此，借助霍夫迈斯特效应开发一种绿色、可行的方法制备具有良好力学性能的天然蛋白质材料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种基于霍夫迈斯特效应的蛋白质水凝胶及其制备方法，其操作简单可控，通过该方法可控制改变蛋白质水凝胶低断裂韧性或机械强度的目的。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种基于霍夫迈斯特效应的蛋白质水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
S1，BSA水凝胶的制备：在纯水中加入牛血清蛋白、N-羟基琥珀酰亚胺和交联剂1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物，即得BSA水凝胶；所述N-羟基琥珀酰亚胺占纯水质量的0.5％；所述1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物占纯水质量的1.5％；所述BSA水凝胶中牛血清蛋白BSA的浓度为10～40wt％；
S2，BxAy水凝胶的制备：将步骤S1制得的BSA水凝胶置于浓度为5～40wt％盐溶液浸泡，制得BxAy水凝胶；其中x表示BSA浓度，y表示盐溶液浓度。
进一步地，所述BSA水凝胶的BSA含量浓度优选为15wt％。
进一步地，所述盐溶液优选硫酸铵溶液、氯化钠溶液、碘化钠溶液或磷酸二氢钠溶液。
进一步地，所述盐溶液优选硫酸铵溶液。
进一步地，所述盐溶液的浓度优选15wt％。
本发明公开了一种基于霍夫迈斯特效应的蛋白质水凝胶，由上述的基于霍夫迈斯特效应的蛋白质水凝胶的制备方法制得。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种基于霍夫迈斯特效应的蛋白质水凝胶的制备方法，包括一种BSA水凝胶的制备方法，并且通过盐溶液对其的霍夫迈斯特效应的影响达到增强蛋白质水凝胶机械性能的目的；改善蛋白质水凝胶“脆”“软”等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实验例1～3制得的水凝胶应力-应变曲线图；
图2为梯度盐浓度对B15A0水凝胶的拉升测试曲线图；
图3为对实验例15制得的水凝胶进行10次压缩循环试验的应力-应变曲线图；
图4为实验例1-15制得的BxAy水凝胶含水量以及硫酸铵含量折线图；
图5为实验例8-15制得的水凝胶的失水对比图；
图6为实验例16、实验例17、实验例18、实验例11制得的水凝胶的杨氏模量柱状图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的医用超疏水抗菌敷料及其制备方法进行具体说明。
本发明提供一种基于霍夫迈斯特效应的蛋白质水凝胶的制备方法，其包括：
S1.BSA水凝胶的制备：将牛血清蛋白(BSA)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和交联剂1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)溶于纯水中制备关于BSA的蛋白质水凝胶；所述N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)占纯水质量的0.5％；所述1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)占比纯水质量的1.5％；所述BSA水凝胶中牛血清蛋白BSA的浓度为10～40wt％。
所述BSA水凝胶的BSA含量浓度优选为15wt％。
S2.BxAy水凝胶的制备：将上述BSA水凝胶置于浓度为5～40wt％盐溶液浸泡，制得BxAy水凝胶；其中x表示BSA浓度，y表示盐溶液浓度；所述盐溶液优选硫酸铵溶液、氯化钠溶液、碘化钠溶液或磷酸二氢钠溶液。
本发明较佳的实施例中，所述硫酸铵浓度15wt％；
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1：B10A0水凝胶的制备
在5毫升纯水中加入0.5g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于BSA的蛋白质水凝胶；
实施例2：B15A0水凝胶的制备
在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于BSA的蛋白质水凝胶；
实施例3：B20A0水凝胶的制备
在5毫升纯水中加入1g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于BSA的蛋白质水凝胶；
实施例4：B25A0水凝胶的制备
在5毫升纯水中加入1.25g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于BSA的蛋白质水凝胶；
实施例5：B30A0水凝胶的制备
在5毫升纯水中加入1.5g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于BSA的蛋白质水凝胶；
实施例6：B35A0水凝胶的制备
在5毫升纯水中加入1.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于BSA的蛋白质水凝胶；
实施例7：B40A0水凝胶的制备
在5毫升纯水中加入2g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于BSA的蛋白质水凝胶；
实施例8：B15A5水凝胶的制备
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于5wt％硫酸铵溶液浸泡，制得B15A5水凝胶；
实施例9：B15A10水凝胶的制备
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于10wt％硫酸铵溶液浸泡，制得B15A10水凝胶；
实施例10：B15A15水凝胶的制备
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于15wt％硫酸铵溶液浸泡，制得B15A15水凝胶；
实施例11：B15A20水凝胶的制备
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于20wt％硫酸铵溶液浸泡，制得B15A20水凝胶；
实施例12：B15A25水凝胶的制备
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于25wt％硫酸铵溶液浸泡，制得B15A25水凝胶；
实施例13：B15A30水凝胶的制备
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于30wt％硫酸铵溶液浸泡，制得B15A30水凝胶；
实施例14：B15A35水凝胶的制备
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于35wt％硫酸铵溶液浸泡，制得B15A35水凝胶；
实施例15：B15A40水凝胶的制备
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于40wt％硫酸铵溶液浸泡，制得B15A40水凝胶；
实施例16
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于20wt％碘化钠溶液浸泡；
实施例17
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于20wt％氯化钠溶液浸泡；
实施例18
S1.在5毫升纯水中加入0.75g牛血清蛋白与0.5％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)以及交联剂1.5％1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)制备关于B15A0水凝胶；
S2.将上述BSA水凝胶置于20wt％磷酸二氢钠溶液浸泡；
图1为实验例1～3制得的水凝胶应力-应变曲线图。利用万能试验机对实验例1～3的水凝胶进行压缩试验比较。由图1可知，随着BSA浓度的增加，水凝胶力学性能得到加强，这是因为BSA体内的氨基酸残基在交联剂EDC/NHS存在下，更多的结合，使得其结合更加稳定。本发明专利是为了研究霍夫曼斯特效应对蛋白质水凝胶的影响，故选择BSA浓度优选为15wt％水凝胶。
图2为梯度盐浓度对B15A0水凝胶的拉升测试曲线图。利用万能试验机研究梯度盐浓度对B15A0水凝胶的拉升影响。如图所示，随着盐溶液浓度越高，B15A0水凝胶的拉升应力越大，这是因为溶液中盐溶液浓度高，使得水凝胶呈现一种“失水”,“脱水”的效果，基于此，使得水凝胶韧性加大，实现更优的力学效应。
图3为利用万能试验机对实验例15进行10次压缩循环试验，得到的应力-应变曲线图；由图3可知，本发明实施例制得的水凝胶经过10次压缩之后还能体现出优良的弹性形变性能，改善了蛋白质水凝胶“脆”“软”的问题。
图4为实验例1-15制得的BxAy水凝胶含水量以及硫酸铵含量折线图；硫酸铵溶液浓度越大，水凝胶的含水量越小。这是因为外界环境中盐溶液浓度较高，使得水凝胶和溶液之间存在渗透差，故使得水凝胶呈现一种易于失水表现。
图5为实验例8-15制得的水凝胶的失水对比图；硫酸铵溶液浓度越大，水凝胶的失水量越大。
图6为通过万能试验机对实验例16、实验例17、实验例18、实验例11制得的水凝胶的进行测量并统计杨氏模量的柱状图。由图6可知，利用硫酸铵溶液的水凝胶杨氏模量最大，抵抗弹性变形的能力最大，刚度越大。因此，基于霍夫迈斯特效应的盐溶液优选硫酸铵溶液。
综上，本发明实施例提供的一种由霍夫迈斯特效应辅助制备蛋白质水凝胶的制备方法，其包括：BSA水凝胶的制备方法，并且通过盐溶液对其的霍夫迈斯特效应的影响达到增强蛋白质水凝胶机械性能的目的；改善蛋白质水凝胶“脆”“软”等问题。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。