一种热固化电纺蛋清蛋白微纳米纤维膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热固化电纺蛋清蛋白微纳米纤维膜及其制备方法，属于纳米材料制备领域。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高人们对健康生活的意识和需求也越来越强烈，尤其是天然生物材料受到了越来越多人的青睐。众所周知，蛋清中含有如:能增强造血功能的铁;能维持新陈代谢旺盛的上皮细胞的正常更新的维生素b2;能防止日光性皮炎所致的皮肤粗糙、增厚的烟酸;能有效促进毛发再生、消除细小皱纹的效果的泛酸;可以保持皮肤表面的水分，促进皮肤新陈代谢的留醇，并且具有生发、乌发及烧伤治疗外敷等功能。鸡蛋作为人们可直接食用的健康食品，也是自古以来为人们所信赖的天然物质。同时，蛋白质微纳米纤维膜在生物医学工程和美容等方面有着广泛的应用前景。静电纺丝技术作为一种简单有效制备微/纳米纤维的方法，不仅可以制备均匀连续一维纤维，而且能够给制备各种形貌和结构特征的微/纳米纤维。为了改善静电纺丝法制备材料的性能及拓宽其应用范围，特别是改善在生物材料中的应用性能，国内外学者研究了许多材料复合进行静电纺丝的技术。例如，胶原蛋白、壳聚糖、聚乳酸、聚己内酯，但是由于材料本身性能的局限性，限制了它们的应用。中国专利(申请号:CN200610116988.3)公开了一种胶原蛋白和壳聚糖复合纳米纤维及膜静电纺丝的制备方法，实现了聚多糖和高分子蛋白组成的天然细胞外基质仿生和植于体内的药物缓释体系，但是制备时使用的六氟异丙醇溶剂，有腐蚀性和刺激性，且气味刺鼻，长时间的使用话，会有头晕的感觉。中国专利(申请号:CN201210355709.4)公开了一种胶原蛋白水溶液静电纺丝制备纳米纤维的方法，获得了富有吸引力的胶原蛋白纳米纤维，令人遗憾的是，需要加入酸调节PH值为2-4，直接用于皮肤，会产生刺激引起皮肤过敏反应。中国专利(申请号CN201410560021.9)公开了一种两步交联制备角蛋白/聚氧化乙烯PEO生物纳米纤维膜的方法，有效的实现了废弃的角蛋白纤维再生利用，但该方法制备纺丝溶液所使用的有机溶剂具有强烈的刺激性，对人体和环境均有害，限制了其在生物医学领域的应用，且使用的有机溶剂也会增加生产成本。
【发明内容】
[0003]本发明的目的克服现有技术的不足，利用了蛋白质本身的性质特点，提供一种热固化电纺蛋清蛋白微纳米纤维膜及其制备方法，该微纳米纤维膜为蛋清蛋白和水溶性高分子聚合物的复合纤维，具有很好的生物相容性和可降解性，该蛋清蛋白微纳米纤维膜具有很好的润湿性，容易渗透被皮肤吸收，纯天然无副作用，制备方法简单，制备过程中以天然蛋清和水溶性高分子聚合物为原料，无需额外添加有机溶剂，降低了生产成本，环境友好，适宜大规模生产。
[0004]为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下:
[0005]—种热固化电纺蛋清蛋白微纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤:
[0006](I)配置纺丝前驱液:所述纺丝前驱液为含有新鲜蛋清和水溶性高分子聚合物水溶液的混合溶液；
[0007](2)电纺纤维:所用静电纺丝装置包括加热部件，所述加热部件对纺丝喷头喷出的射流进行热辐射使射流中蛋清蛋白热变性固化，将步骤(I)配得的纺丝前驱液置于静电纺丝装置连通纺丝喷头的储液机构中，开启加热装置，在加热状态下进行电纺，在接收极上收集到蛋清蛋白微纳米纤维膜。
[0008]尽管新鲜蛋清为透明粘液，但其黏度不能达到纺丝前驱液的要求，因此需要加入少量的水溶性高分子聚合物以增加其黏度，由新鲜蛋清和水溶性高分子聚合物水溶液组成的纺丝前驱液中富含蛋白质，在纺丝过程中，纺丝前驱体溶液在高电压作用下，从纺丝针头喷出形成射流，射流下落的过程中伴有纤维的鞭动拉伸或劈裂，加热部件除了使射流中水分子快速挥发外，射流中的蛋清中的蛋白质在热辐射的作用下吸收热量导致蛋白质的空间结构发生变化，受热变性为固体形态，从而使纤维快速固化，最终在收集极上形成微纳米纤维。
[0009]优选的，步骤(I)所述的水溶性高分子聚合物为聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、壳聚糖、海藻酸钠的一种和多种。
[0010]其中，PEO可直接用于皮肤清洗剂及药丸的外层制成可控缓释药物;PVP可以作为药物制剂的辅料、食品澄清剂和稳定剂;且能用于日用化妆品增强湿润和润滑效果;PVA对水有较好的渗透性，并且有很好的可纺性及成膜性;壳聚糖和海藻酸钠有优良的生物相容性及抗菌、防腐、止血、促进伤口愈合、抑制溃疡等功能，成膜性好，具有生物可降解性。采用蛋清及生物相容性的水溶性高聚物的水溶液电纺制备的微纳米纤维膜具有良好的生物相容性和可降解性，并且具有一定的机械性能。采用生物相容的高分子材料，用水为溶剂，还可以避免毒性有机溶剂的使用。所制备的蛋清及高聚物微纳米纤维膜在生物医用领域具有广泛的用途，且制备工艺简单，操作方便，效率高，环境友好。
[0011 ]优选的，所述步骤(I)配置纺丝前驱液:将水溶性高分子聚合物加入新鲜蛋清中，用磁力搅拌器进行搅拌，使水溶性高分子聚合物在蛋清中充分溶解，配制成纺丝前驱液。
[0012]优选的，所述步骤(I)配置纺丝前驱液:将水溶性高分子聚合物加入去离子水中，用磁力搅拌器进行搅拌至完全溶解，配制成溶液A，向溶液A中加入新鲜蛋清，用磁力搅拌器进行搅拌，使溶液A与蛋清充分混合，配制成纺丝前驱液。
[0013]优选的，所述溶液A中水溶性高分子聚合物的质量百分比为I?20.6%，纺丝前驱液中新鲜蛋清的质量百分比为44.2?50.0%。
[0014]优选的，步骤(2)所述的加热部件为热吹风机，所述热吹风机设置于纺丝喷头后方，吹出的热风方向与纺丝喷头喷射射流方向相同，热吹风机出风口与纺丝针头间距离5?10厘米，所述热吹风机功率800?900瓦，吹出热风的温度为80?90摄氏度。
[0015]优选的，步骤(2)所述的静电纺丝装置的储液机构连接推进栗，电纺过程中，推进栗的向纺丝喷头推进纺丝前驱液的推进速率为0.2?0.8毫升/小时，接收极为与高压电源负极相连的滚筒收集机构，所述滚筒收集机构的收集滚筒的转速为50?80转/分，收集滚筒半径3?8厘米，纺丝喷头到收集滚筒的距离为20?25厘米，纺丝电压14?22千伏。
[0016]本发明还公开了一种由上述方法制得的热固化电纺蛋清蛋白微纳米纤维膜，所述微纳米纤维膜由静电纺丝法制得，制备过程不添加有机溶剂，构成所述微纳米纤维膜的微纳米纤维为蛋清蛋白/水溶性高分子聚合物复合纤维，所述蛋清蛋白为热变性固化的蛋白质。
[0017]该微纳米纤维膜由蛋白质和水溶性高分子聚合物组成具有良好的生物相容性和可降解性，并且具有一定的机械性能，适宜应用于生物医学等领域。且制备过程中不添加有机溶剂，避免了传统溶液电纺大量使用有机溶剂造成的环境污染、原料浪费等问题，同时，免除了该微纳米纤维膜安全应用于生物医学、美容、食品等领域时除去残余有机溶剂所需的繁杂过程，节约了生产成本，适宜大批量生产和应用。
[0018]优选的，所述蛋清蛋白微纳米纤维膜的纤维平均直径为2.65?4.86微米。
[0019]本发明的有益效果为:本发明克服了现有技术的不足，利用蛋白质本身的性质特点，提供了一种热固化电纺蛋清蛋白微纳米纤维膜及其制备方法，该微纳米纤维膜为蛋清蛋白和水溶性高分子聚合物的复合纤维，具有很好的生物相容性和可降解性，该蛋清蛋白微纳米纤维膜具有很好的润湿性，容易渗透被皮肤吸收，纯天然无副作用，制备方法简单，制备过程中以天然蛋清和水溶性高分子聚合物为原料，无需额外添加有机溶剂，降低了生产成本，环境友好，适宜大规模生产。具体而言:
[0020](I)本发明的蛋清蛋白微纳米纤维膜在制备过程中，以新鲜蛋清和水溶性高分子聚合物制成纺丝前驱液，在纺丝过程中，纺丝前驱体溶液在高电压作用下，从纺丝针头喷出形成射流，射流下落的过程中伴有纤维的鞭动拉伸或劈裂，加热部件除了使射流中水分子快速挥发外，射流中的蛋清中的蛋白质在热辐射的作用下吸收热量导致蛋白质的空间结构发生变化，蛋清受热变性为白色有弹性的固体，从而使纤维快速固化，最终在收集极上形成微纳米纤维。利用蛋白质受热变性固化的原料特性制备蛋白质复合微纳