一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法
阅读说明：本技术 一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法 (Preparation method of vinyl collagen self-assembled microspheres ) 是由 徐娜 罗资金 任龙芳 邢燕梅 冉旭东 于 2021-01-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法,具体按照以下步骤实施：步骤1,利用甲基丙烯酸酐对废弃皮胶原蛋白进行改性,得到乙烯基胶原蛋白；步骤2,配置乙烯基胶原蛋白水溶液和植物单宁水溶液；步骤3,乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备。本发明一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法,即实现了皮革废弃物胶原蛋白资源化利用,同时又将不饱和双键接枝到微球上,增加了微球的化学可修饰性。(The invention discloses a preparation method of a vinyl collagen self-assembly microsphere, which is implemented according to the following steps: step 1, modifying waste skin collagen by methacrylic anhydride to obtain vinyl collagen; step 2, preparing a vinyl collagen aqueous solution and a plant tannin aqueous solution; and 3, preparing the vinyl collagen self-assembly microspheres. The preparation method of the vinyl collagen self-assembly microspheres realizes resource utilization of the collagen of the leather waste, and simultaneously grafts unsaturated double bonds onto the microspheres, thereby increasing the chemical modifiability of the microspheres.)
技术领域
本发明涉及天然高分子材料技术领域，具体涉及一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法。
背景技术
我国是皮革生产大国，皮革固体废弃物中80％以上都是胶原蛋白，通过对制革过程中产生的残次皮料、边角余料等进行加工处理可以提炼出不同分子量及结构的胶原蛋白，从制革废料中提取胶原蛋白不仅可以减少对环境的污染，同时可以为其它行业供新的原料，达到废物资源化利用，变废为宝的目的。
自组装是基本结构单元自发进行有序结构的一种技术。在自组装过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集成一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。
高分子微球因其具有形状特殊性(球形)、良好的包埋性、小尺寸、比表面积大、吸附性强、功能基在表面富集等特殊特点，从而被广泛应用在多个领域如生物医学、涂料、食品中，成为当今科学研究的热点之一。乙烯基胶原蛋白自组装微球是通过自组装的方法将改性后的胶原蛋白制成微球，该制备方法不仅简单环保，反应时间较短，反应条件简单，而且可以实现废弃胶原蛋白的再次利用，变废为宝。同时在微球表面引入了不饱和双键，方便后续在微球上修饰其他功能性基团，实现对微球的功能化。
发明内容
本发明的目的是提供一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法，即实现了皮革废弃物胶原蛋白资源化利用，同时又将不饱和双键接枝到微球上，增加了微球的化学可修饰性。
本发明所采用的技术方案是，一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，利用甲基丙烯酸酐对废弃皮胶原蛋白进行改性，得到乙烯基胶原蛋白；
步骤2，配置乙烯基胶原蛋白水溶液和植物单宁水溶液；
步骤3，乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备。
本发明的特征还在于，
步骤1的具体实施过程为：
将一定量的胶原蛋白和磷酸缓冲溶液加入到具塞锥形瓶中，然后将具塞锥形瓶置于水浴温度为70℃的恒温磁力搅拌器中，搅拌30min至胶原蛋白完全溶解，再将恒温磁力搅拌器的温度降至50℃，20min温度稳定后向锥形瓶中缓慢加入一定量的甲基丙烯酸酐，速率为1mL/min，反应2h，甲基丙烯酸酐的加入量为磷酸缓冲溶液体积的3/125，将反应充分的溶液倒入截留分子量为500D的透析袋中，然后放到去离子水中透析24h，冷冻干燥12～24h，干燥后的样品将其置于干燥器中备用；
其中，每1g的胶原蛋白需要10ml的磷酸缓冲溶液。
步骤1中，磷酸缓冲溶液的pH＝7.4。
步骤2中，乙烯基胶原蛋白水溶液的浓度为2～4mg/ml；植物单宁水溶液的1～4mg/ml。
步骤3的具体实施过程为：
将一定量的步骤2配置好的植物单宁溶液加入到乙烯基胶原蛋白溶液中，在20℃、250rpm/min转速下恒温磁力搅拌20min，离心后冷冻干燥即可得到纯净的乙烯基胶原蛋白自组装微球；其中，反应溶液中乙烯基胶原蛋白与植物单宁的质量比为1：0.25～2。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法利用皮革废弃物胶原蛋白为原料进行反应，胶原蛋白经甲基丙烯酸酐改性，在通过自组装的方法交联法制备得到乙烯基胶原蛋白自组装微球，它既具有胶原蛋白微球的性质，又因为与甲基丙烯酸酐反应，微球上接枝了不饱和双键，使微球具有更好的反应活性，增强了化学多功能性，使其可以修饰上更多的基团使其功能化。
(2)本发明方法该方法不但可以变废为宝，提高经济价值，也为废弃物的再利用开辟了新途径。同时将双键官能团引入到胶原蛋白微球上，丰富了微球分子链上官能团的种类，增强了微球的可修饰性。
附图说明
图1是实施例5制备得到的乙烯基胶原蛋白自组装微球的SEM图；
图2是实施例5制备得到的乙烯基胶原蛋白自组装微球的粒径分布图；
图3是本发明方法中步骤1涉及的化学反应过程的示意图；
图4是本发明方法中步骤3涉及的化学反应过程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，利用甲基丙烯酸酐对废弃皮胶原蛋白进行改性，得到乙烯基胶原蛋白；
步骤1的具体实施过程为：
将一定量的胶原蛋白和磷酸缓冲溶液加入到具塞锥形瓶中，然后将具塞锥形瓶置于水浴温度为70℃的恒温磁力搅拌器中，搅拌30min至胶原蛋白完全溶解，再将恒温磁力搅拌器的温度降至50℃，20min温度稳定后向锥形瓶中缓慢加入一定量的甲基丙烯酸酐，速率为1mL/min，反应2h，甲基丙烯酸酐的加入量为磷酸缓冲溶液体积的3/125，将反应充分的溶液倒入截留分子量为500D的透析袋中，然后放到去离子水中透析24h，冷冻干燥12～24h，干燥后的样品将其置于干燥器中备用；
其中，每1g的胶原蛋白需要10ml的磷酸缓冲溶液；磷酸缓冲溶液的pH＝7.4。
步骤2，配置乙烯基胶原蛋白水溶液和植物单宁水溶液，植物单宁为缩合类的植物单宁，具体为儿茶素、单宁酸或原花青定；
步骤2的具体实施过程为：分别称取一定量的乙烯基胶原蛋白和植物单宁，然后将称取好的乙烯基胶原蛋白和植物单宁分别加入到两个不同的盛有水溶液的烧杯中，分别在常温下恒温磁力搅拌至完全溶解，分别得到乙烯基胶原蛋白水溶液和植物单宁水溶液；步骤2中，配置乙烯基胶原蛋白溶液和植物单宁溶液时，需在20℃条件下搅拌助溶。
步骤2中，乙烯基胶原蛋白水溶液的浓度为2～4mg/ml；植物单宁水溶液的1～4mg/ml。
步骤3，乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备。
步骤3的具体实施过程为：
将一定量的步骤2配置好的植物单宁溶液加入到乙烯基胶原蛋白溶液中，在20℃、250rpm/min转速下恒温磁力搅拌20min，离心后冷冻干燥即可得到纯净的乙烯基胶原蛋白自组装微球；其中，反应溶液中乙烯基胶原蛋白与植物单宁的质量比为1：0.25～2。
以下从原理方面对本发明进行说明：
步骤1，甲基丙烯酸酐对胶原蛋白进行改性，得到乙烯基胶原蛋白
步骤1中，如图3所示，乙烯基胶原蛋白的制备原理是胶原蛋白分子链上的氨基与甲基丙烯酸酐的酸酐发生亲核取代反应，氨基作为亲核试剂进攻酸酐其中的一个羧基中的碳，然后另一个羧基离去，形成酰胺键；
步骤3中，如图4所示，胶原蛋白中的肽键上的羰基(C＝O)与植物单宁中的酚羟基之间容易形成氢键。同时，在胶原蛋白中的疏水氨基酸侧链如芳香环、吡咯环和脂肪链由于疏水作用在水溶液中形成疏水区。含有疏水基团的植物单宁分子首先以疏水反应进入疏水区，然后植物单宁上的酚羟基与蛋白质链上适当位置的极性基团发生氢键结合，是植物单宁-蛋白质结合进一步加强。
实施例1
一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法，具体按照以下步骤实施；
步骤1，利用甲基丙烯酸酐对废弃皮胶原蛋白进行改性，得到乙烯基胶原蛋白；
步骤1的具体实施过程为：
将一定量的胶原蛋白和磷酸缓冲溶液加入到具塞锥形瓶中，然后将具塞锥形瓶置于水浴温度为70℃的恒温磁力搅拌器中，搅拌30min至胶原蛋白完全溶解，再将恒温磁力搅拌器的温度降至50℃，20min温度稳定后向锥形瓶中缓慢加入一定量的甲基丙烯酸酐，速率为1mL/min，反应2h，甲基丙烯酸酐的加入量为磷酸缓冲溶液体积的3/125，将反应充分的溶液倒入截留分子量为500D的透析袋中，然后放到去离子水中透析24h，冷冻干燥12h，干燥后的样品将其置于干燥器中备用；
其中，每1g的胶原蛋白需要10ml的磷酸缓冲溶液；磷酸缓冲溶液的pH＝7.4。
步骤2，配置乙烯基胶原蛋白水溶液和儿茶素水溶液；
步骤2的具体实施过程为：分别称取一定量的乙烯基胶原蛋白和儿茶素，然后将称取好的乙烯基胶原蛋白和儿茶素分别加入到两个不同的盛有水溶液的烧杯中，分别在常温下恒温磁力搅拌至完全溶解，分别得到乙烯基胶原蛋白水溶液和儿茶素水溶液；步骤2中，配置乙烯基胶原蛋白溶液和植物单宁溶液时，需在20℃条件下搅拌助溶。
步骤2中，乙烯基胶原蛋白水溶液的浓度为2mg/ml；儿茶素水溶液的1mg/ml。
步骤3，乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备。
步骤3的具体实施过程为：
将一定量的步骤2配置好的儿茶素溶液加入到乙烯基胶原蛋白溶液中，在20℃、250rpm/min转速下恒温磁力搅拌20min，离心后冷冻干燥即可得到纯净的乙烯基胶原蛋白自组装微球；其中，反应溶液中乙烯基胶原蛋白与儿茶素的质量比为1：0.25。
实施例2
一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法，具体按照以下步骤实施；
步骤1，利用甲基丙烯酸酐对废弃皮胶原蛋白进行改性，得到乙烯基胶原蛋白；
步骤1的具体实施过程为：
将一定量的胶原蛋白和磷酸缓冲溶液加入到具塞锥形瓶中，然后将具塞锥形瓶置于水浴温度为70℃的恒温磁力搅拌器中，搅拌30min至胶原蛋白完全溶解，再将恒温磁力搅拌器的温度降至50℃，20min温度稳定后向锥形瓶中缓慢加入一定量的甲基丙烯酸酐，速率为1mL/min，反应2h，甲基丙烯酸酐的加入量为磷酸缓冲溶液体积的3/125，将反应充分的溶液倒入截留分子量为500D的透析袋中，然后放到去离子水中透析24h，冷冻干燥24h，干燥后的样品将其置于干燥器中备用；
其中，每1g的胶原蛋白需要10ml的磷酸缓冲溶液；磷酸缓冲溶液的pH＝7.4。
步骤2，配置乙烯基胶原蛋白水溶液和单宁酸水溶液；
步骤2的具体实施过程为：分别称取一定量的乙烯基胶原蛋白和单宁酸，然后将称取好的乙烯基胶原蛋白和单宁酸分别加入到两个不同的盛有水溶液的烧杯中，分别在常温下恒温磁力搅拌至完全溶解，分别得到乙烯基胶原蛋白水溶液和单宁酸水溶液；步骤2中，配置乙烯基胶原蛋白溶液和单宁酸溶液时，需在20℃条件下搅拌助溶。
步骤2中，乙烯基胶原蛋白水溶液的浓度为4mg/ml；单宁酸水溶液的4mg/ml。
步骤3，乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备。
步骤3的具体实施过程为：
将一定量的步骤2配置好的单宁酸溶液加入到乙烯基胶原蛋白溶液中，在20℃、250rpm/min转速下恒温磁力搅拌20min，离心后冷冻干燥即可得到纯净的乙烯基胶原蛋白自组装微球；其中，反应溶液中乙烯基胶原蛋白与单宁酸的质量比为1：2。
实施例3
一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法，具体按照以下步骤实施；
步骤1，利用甲基丙烯酸酐对废弃皮胶原蛋白进行改性，得到乙烯基胶原蛋白；
步骤1的具体实施过程为：
将一定量的胶原蛋白和磷酸缓冲溶液加入到具塞锥形瓶中，然后将具塞锥形瓶置于水浴温度为70℃的恒温磁力搅拌器中，搅拌30min至胶原蛋白完全溶解，再将恒温磁力搅拌器的温度降至50℃，20min温度稳定后向锥形瓶中缓慢加入一定量的甲基丙烯酸酐，速率为1mL/min，反应2h，甲基丙烯酸酐的加入量为磷酸缓冲溶液体积的3/125，将反应充分的溶液倒入截留分子量为500D的透析袋中，然后放到去离子水中透析24h，冷冻干燥20h，干燥后的样品将其置于干燥器中备用；
其中，每1g的胶原蛋白需要10ml的磷酸缓冲溶液；磷酸缓冲溶液的pH＝7.4。
步骤2，配置乙烯基胶原蛋白水溶液和原花青定水溶液；
步骤2的具体实施过程为：分别称取一定量的乙烯基胶原蛋白和原花青定，然后将称取好的乙烯基胶原蛋白和原花青定分别加入到两个不同的盛有水溶液的烧杯中，分别在常温下恒温磁力搅拌至完全溶解，分别得到乙烯基胶原蛋白水溶液和原花青定水溶液；步骤2中，配置乙烯基胶原蛋白溶液和原花青定溶液时，需在20℃条件下搅拌助溶。
步骤2中，乙烯基胶原蛋白水溶液的浓度为3mg/ml；原花青定水溶液的3mg/ml。
步骤3，乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备。
步骤3的具体实施过程为：
将一定量的步骤2配置好的原花青定溶液加入到乙烯基胶原蛋白溶液中，在20℃、250rpm/min转速下恒温磁力搅拌20min，离心后冷冻干燥即可得到纯净的乙烯基胶原蛋白自组装微球；其中，反应溶液中乙烯基胶原蛋白与原花青定的质量比为1：1。
实施例4
一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法，具体按照以下步骤实施；
步骤1，利用甲基丙烯酸酐对废弃皮胶原蛋白进行改性，得到乙烯基胶原蛋白；
步骤1的具体实施过程为：
将一定量的胶原蛋白和磷酸缓冲溶液加入到具塞锥形瓶中，然后将具塞锥形瓶置于水浴温度为70℃的恒温磁力搅拌器中，搅拌30min至胶原蛋白完全溶解，再将恒温磁力搅拌器的温度降至50℃，20min温度稳定后向锥形瓶中缓慢加入一定量的甲基丙烯酸酐，速率为1mL/min，反应2h，甲基丙烯酸酐的加入量为磷酸缓冲溶液体积的3/125，将反应充分的溶液倒入截留分子量为500D的透析袋中，然后放到去离子水中透析24h，冷冻干燥20h，干燥后的样品将其置于干燥器中备用；
其中，每1g的胶原蛋白需要10ml的磷酸缓冲溶液；磷酸缓冲溶液的pH＝7.4。
步骤2，配置乙烯基胶原蛋白水溶液和原花青定水溶液；
步骤2的具体实施过程为：分别称取一定量的乙烯基胶原蛋白和原花青定，然后将称取好的乙烯基胶原蛋白和原花青定分别加入到两个不同的盛有水溶液的烧杯中，分别在常温下恒温磁力搅拌至完全溶解，分别得到乙烯基胶原蛋白水溶液和原花青定水溶液；步骤2中，配置乙烯基胶原蛋白溶液和原花青定溶液时，需在20℃条件下搅拌助溶。
步骤2中，乙烯基胶原蛋白水溶液的浓度为2.5mg/ml；原花青定水溶液的2.5mg/ml。
步骤3，乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备。
步骤3的具体实施过程为：
将一定量的步骤2配置好的原花青定溶液加入到乙烯基胶原蛋白溶液中，在20℃、250rpm/min转速下恒温磁力搅拌20min，离心后冷冻干燥即可得到纯净的乙烯基胶原蛋白自组装微球；其中，反应溶液中乙烯基胶原蛋白与原花青定的质量比为1：1。
实施例5
一种乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备方法，具体按照以下步骤实施；
步骤1，利用甲基丙烯酸酐对废弃皮胶原蛋白进行改性，得到乙烯基胶原蛋白；
步骤1的具体实施过程为：
将5g的胶原蛋白和50mL的磷酸缓冲溶液加入到具塞锥形瓶中，然后将具塞锥形瓶置于水浴温度为70℃的恒温磁力搅拌器中，搅拌30min至胶原蛋白完全溶解，再将恒温磁力搅拌器的温度降至50℃，20min温度稳定后向锥形瓶中缓慢加入一定量的甲基丙烯酸酐，速率为1mL/min，反应2h，甲基丙烯酸酐的加入量为磷酸缓冲溶液体积的3/125，将反应充分的溶液倒入截留分子量为500D的透析袋中，然后放到去离子水中透析24h，冷冻干燥12～24h，干燥后的样品将其置于干燥器中备用。
其中，每1g的胶原蛋白需要10ml的磷酸缓冲溶液。
步骤1中，磷酸缓冲溶液的pH＝7.4。
步骤2，配置乙烯基胶原蛋白水溶液和原花青定水溶液；
步骤2的具体实施过程为：分别称取0.06g的乙烯基胶原蛋白和0.03g的原花青定，然后将称取好的乙烯基胶原蛋白和原花青定分别加入到两个不同的盛有水溶液的烧杯中，两个烧杯中的水溶液均为15ml；
分别在常温下恒温磁力搅拌至完全溶解，分别得到乙烯基胶原蛋白水溶液和原花青定水溶液；步骤2中，配置乙烯基胶原蛋白溶液和原花青定溶液时，需在20℃条件下搅拌助溶。
步骤3，乙烯基胶原蛋白自组装微球的制备。
步骤3的具体实施过程为：
将步骤2配置好的原花青定溶液加入到乙烯基胶原蛋白溶液中，在20℃、250rpm/min转速下恒温磁力搅拌20min，离心后冷冻干燥即可得到纯净的乙烯基胶原蛋白自组装微球。
图1是该案例制得微球的SEM图，可以看出微球的大小比较均匀，微球表面比较光滑。图2是该实施例制备得到的微球的粒径分布图，可以看出微球的粒径分布比较均匀，主要集中在一定范围。