一种丝蛋白基纳米多孔材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种丝蛋白基纳米多孔材料及其制备方法与应用。本发明专利技术方法以天然蚕丝为原料，通过诱导丝蛋白水溶液凝胶化，首先形成高强度丝蛋白凝胶，然后通过浸泡能诱导丝蛋白发生构象转变的有机溶剂对丝蛋白凝胶进行熟化，最后利用超临界二氧化碳置换溶剂后干燥，便可制备得到具有高孔隙率和优良力学性能的轻质丝蛋白纳米多孔材料。本发明专利技术的制备过程简单、绿色环保、节能高效、成本低廉，且可以通过简单改变初始丝蛋白溶液固含量来控制最终材料的密度和孔隙率。制备得到的丝蛋白基纳米多孔材料具有生物降解性能，可应用于隔热保温、药物缓释、组织工程、环境保护等领域，具有广阔的应用前景。用前景。用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种丝蛋白基纳米多孔材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于天然高分子多孔材料
，尤其是涉及一种丝蛋白基纳米多孔材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]多孔材料是一类含有大量气体，同时具有高度多孔网络结构的材料，相较于其他材料有着一些特殊的性能，如较轻的质量、超高的比表面积、极高的孔隙率、极低的热导率等等，在隔热材料、药物缓释、组织工程、环境保护等领域均有着极高的应用前景。目前，多孔材料大部分还是以合成高分子为原料，使其难于摆脱石油化工生产的桎梏，且生物相容性与生物降解性较差，降解产物与合成中副产物与添加剂等可能会对人体或环境产生危害。
[0003]丝蛋白是由桑蚕丝通过脱胶后得到的一种无毒的天然大分子，它具有良好生物相容性与生物降解性。同时，它还具有来源广泛、可再生的优点，在多孔材料领域具有广泛的应用前景。目前制备丝蛋白多孔材料方法虽然已见报道，然而这些方法依旧存在一些难以克服的问题。例如，通过冷冻干燥制备得到的丝蛋白多孔材料，其中除了纳米孔结构外还存在大量的微米级别的孔洞，对材料比表面积有着较大影响；通过超临界二氧化碳干燥得到的丝蛋白气凝胶则力学性能较弱，无法满足实际使用中对材料力学性能的需求。

技术实现思路

[0004]基于现有技术中丝蛋白多孔材料制备方法存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种制备简单、力学性能优良的丝蛋白基纳米多孔材料及其制备方法与应用。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术目的之一在于提供第一种丝蛋白基纳米多孔材料的制备方法，首先制备丝蛋白/甲酸/无机盐溶液，将其浸没于流水中形成纳米多孔材料前体，然后将其转移至有机溶剂中进一步熟化，最后采用超临界二氧化碳干燥得到丝蛋白基纳米多孔材料，记为丝蛋白基纳米多孔材料
‑
1。
[0007]在本专利技术的一个实施方式中，所述丝蛋白在丝蛋白/甲酸/无机盐溶液中的浓度为0.05～0.25g/mL。
[0008]在本专利技术的一个实施方式中，所述丝蛋白/甲酸/无机盐溶液中，无机盐与丝蛋白的质量比为1:10～1:1。
[0009]在本专利技术的一个实施方式中，所述无机盐选自溴化锂、氯化钙、溴化钙、氯化锌、氯化镁、硫氰酸锂、硫氰酸钠、硫氰酸镁或硝酸钙中一种或几种的混合。
[0010]在本专利技术的一个实施方式中，用于纳米多孔材料前体熟化的有机溶剂选自甲醇、乙醇或丙酮中一种或几种的混合。
[0011]在本专利技术的一个实施方式中，熟化时间为6～48h。
[0012]本专利技术目的之二在于提供第二种丝蛋白基纳米多孔材料的制备方法，首先制备再
生蚕丝蛋白水溶液，加入一定量的纤维素衍生物溶液，混合均匀，得到混合溶液，水浴加热固化得到纳米多孔材料前体，然后将其转移至有机溶剂中进一步熟化，最后采用超临界二氧化碳干燥得到丝蛋白基纳米多孔材料，记为丝蛋白基纳米多孔材料
‑
2。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述纤维素衍生物选自甲基纤维素、丙基甲基纤维素或羟丙甲基纤维素中的一种。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述混合溶液中丝蛋白质量浓度为4～20％。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，所述丝蛋白与纤维素衍生物的质量比例为1:1～99:1。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，所述水浴加热温度为40～90℃，水浴加热时间为0.5～24h。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，用于纳米多孔材料前体熟化的有机溶剂选自甲醇、乙醇或丙酮中一种或几种的混合。
[0018]在本专利技术的一个实施方式中，熟化时间为6～48h。
[0019]本专利技术目的之三在于提供第三种丝蛋白基纳米多孔材料的制备方法，首先制备再生蚕丝蛋白水溶液，加入一定量的表面活性剂溶液，混合均匀，得到共混溶液，水浴加热固化得到纳米多孔材料前体，然后将其转移至有机溶剂中进一步熟化，最后采用超临界二氧化碳干燥得到丝蛋白基纳米多孔材料，记为丝蛋白基纳米多孔材料
‑
3。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或聚乙二醇辛基苯基醚中的一种。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，所述共混溶液中丝蛋白质量浓度为4～20％。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，在共混溶液中，所述表面活性剂浓度为5～40mmol/L。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，所述述水浴加热温度为40～90℃，水浴加热时间为0.5～24h。
[0024]在本专利技术的一个实施方式中，用于纳米多孔材料前体熟化的有机溶剂选自甲醇、乙醇或丙酮中一种或几种的混合。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，熟化时间为6～48h。
[0026]本专利技术目的之四在于提供基于上述三种制备方法中任意一种制备方法得到的丝蛋白基纳米多孔材料。
[0027]上述三种制备方法中任意一种制备方法得到的丝蛋白基纳米多孔材料质轻但是强度良好，其密度为0.05～0.15g/cm3，孔隙率为85～98％。
[0028]上述三种制备方法中任意一种制备方法得到的丝蛋白基纳米多孔材料还具有生物降解性能。
[0029]本专利技术目的之五在于提供所述丝蛋白基纳米多孔材料的应用，所述丝蛋白基纳米多孔材料用于隔热保温、药物缓释、组织工程、环境保护等领域，具有广阔的应用前景。
[0030]本专利技术以天然蚕丝为原料，通过诱导丝蛋白水溶液凝胶化，首先形成高强度丝蛋白凝胶，然后通过浸泡能诱导丝蛋白发生构象转变的有机溶剂对丝蛋白凝胶进行熟化，最后利用超临界二氧化碳置换溶剂后干燥，便可制备得到具有高孔隙率和优良力学性能的轻质丝蛋白纳米多孔材料。
[0031]本专利技术的制备过程简单快速、绿色环保、节能高效、成本低廉，且可以通过简单改变初始丝蛋白溶液固含量来控制最终材料的密度和孔隙率，具有大规模工业化生产的可能性。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0033](1)本专利技术采用先制备丝蛋白水凝胶，再采用超临界二氧化碳干燥的方法，实现了具有低密度、高孔隙率、高强度纳米多孔材料的制备。
[0034](2)本专利技术采用丝蛋白为主体材料，因此得到的纳米多孔纳米材料具有良好生物相容性与生物可降解性，可应用于生物医学材料领域。
[0035](3)本专利技术制备的纳米多孔材料具有更加均匀的物理交联网络，相较于其余方法制备得到的丝蛋白多孔材料具有更好的力学性能与更多的孔隙结构。
[0036](4)本专利技术制备的纳米多孔材料制备方法简单易行、绿色环保、成本低廉、节能高效，制得纳米多孔材料在一定条件下可以快速降解；同时原料来源广泛，对资源与环境保护均具有一定的促进作用具有推广应用的价值，有利于实现大规模工业生产。
[0037](5)本专利技术制备的纳米多孔材料在隔热材料、药物缓释、组织工程、环境保护等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种丝蛋白基纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，首先制备丝蛋白/甲酸/无机盐溶液，将其浸没于流水中形成纳米多孔材料前体，然后将其转移至有机溶剂中进一步熟化，最后采用超临界二氧化碳干燥得到丝蛋白基纳米多孔材料。2.根据权利要求1所述的一种丝蛋白基纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，所述丝蛋白在丝蛋白/甲酸/无机盐溶液中的浓度为0.05～0.25g/mL，所述丝蛋白/甲酸/无机盐溶液中，无机盐与丝蛋白的质量比为1:10～1:1。3.根据权利要求1所述的一种丝蛋白基纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，所述无机盐选自溴化锂、氯化钙、溴化钙、氯化锌、氯化镁、硫氰酸锂、硫氰酸钠、硫氰酸镁或硝酸钙中一种或几种的混合，和/或，用于纳米多孔材料前体熟化的有机溶剂选自甲醇、乙醇或丙酮中一种或几种的混合，和/或，熟化时间为6～48h。4.一种丝蛋白基纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，首先制备再生蚕丝蛋白水溶液，加入纤维素衍生物溶液，混合均匀，得到混合溶液，水浴加热固化得到纳米多孔材料前体，然后将其转移至有机溶剂中进一步熟化，最后采用超临界二氧化碳干燥得到丝蛋白基纳米多孔材料。5.根据权利要求4所述的一种丝蛋白基纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，所述纤维素衍生物选自甲基纤维素、丙基甲基纤维素或羟丙甲基纤维素中的一种，和/或，所述混合溶液中丝蛋白质量浓度为4～20％，所述丝蛋白与纤维素衍生物的质量比例为1:1～99:1。6.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新，陈棱，陈巧琳，邵正中，姚晋荣，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：