专利名称：一种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法
技术领域：
本发明属于纳米纤维膜的制备领域，特别涉及ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈混纺纳米纤维膜的制备方法。
背景技术：
糖与蛋白质，脂类和核酸一祥，是构成生物体的重要成分。在细胞构建，细胞的生物合成和细胞生命活动的调控中，糖均扮演着重要的角色。糖不仅可以以多糖或游离寡糖的形式直接參与生命过程，并且可以作为糖复合物，如糖蛋白、蛋白多糖及糖脂等參与蛋白靶向，细胞识别以及抗体-抗原相互作用等重要生理过程。糖生物学这一名词也在1988年牛津大学Dwek教授撰写的以“糖生物学”为题的综述中提出来，标志着糖生物学这一新的分支学科的诞生。
生物膜表面的“糖被”赋予了生物膜良好的亲水性和生物特异性，不但具有抵御外来物质非特异性粘附的性能，还具有选择性识别和吸附目标物质的功能。“糖被”致密的糖基化层结构显著增强了它与目标分子间的亲和力，满足了各项生理活动的需求，在高分子分离膜表面构建类似干“糖被”的糖基化层，可实现对生物膜表面的仿生模拟，拓展高分子的应用范围和领域。今年来，人们将糖基固定到不同载体表面，来模拟糖的各种生物功能，从而深入研究糖与蛋白质的亲和性相互作用。美国专利US20010017270中公开了将糖基固定到金表面，可用关于蛋白质，病毒或者细胞的检测技术。专利CN1935342和CN101070401分别公开了将糖基固定到聚丙烯分离膜表面和聚丙烯微球表面的方法，有利于蛋白质的分离，浓缩或靶向清除。静电纺丝是ー种利用带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形制备纳米到亚微米尺寸聚合物纤维的技木。相对于一般方法制备的聚合物纤维，静电纺制备的纤维具有极大的比表面积，高孔隙率等优点，纳米纤维膜可以大大降低分离过程中的传质阻力，因为是ー种很好的吸附分离材料，特别是对于蛋白质的识别与分离。公开号为CN1843592A的专利文献中公开以糖基化丙烯腈共聚物为原料，通过静电纺丝法制备了含糖纳米纤维膜，制备方法简单，对蛋白质具有一定的特异性识别效果。静电纺丝还具有简单、方便、廉价等特点，从而激起了人们对其进行深入研究的浓厚兴趣。聚丙烯腈(PAN)是ー类通用聚合物材料，其成纤性好、耐一般溶剤、不易水解、抗氧化、化学稳定，并具有优异的耐细菌侵蚀性。利用静电纺丝技术，可以简单方便地制备PAN纳米纤维；PAN纳米纤维无序堆积所形成的纳米纤维膜，则具有极高的比表面积和孔隙率，同时具有较好的机械强度，其纤维形态还能通过制备条件来调控。这些特征使得该材料在生物工程、复合材料、过滤分离、传感器及光电器件等领域显示出潜在应用前景。由于聚丙烯腈表面相对惰性且亲水性较差，用作水溶液分离时，会与生物分子发生非特异性相互作用，导致蛋白质、血小板等在膜表面大量的吸附，造成膜污染，严重影响膜的服役稳定性。因此，有必要对聚丙烯腈微孔膜进行表面改性，一方面提高膜的亲水性，改善膜的抗污染能力，延长使用寿命；另ー方面赋予膜以新的功能，拓宽其应用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，该方法操作简单、产物易处理且经济环保，该纤维膜含有丰富的可反应亲水活性功能基团，可以用于蛋白质的分离纯化。本发明的ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，包括(I)将ニ酸ニこ烯酯和半乳糖溶于50 IOOmL无水卩比卩定，加入O. 5 I. 5g碱性蛋白酶，于40 60°C恒温振荡培养箱中反应3 5天(转速为210rpm)，合成半乳糖こ烯脂；(2)在上述半乳糖こ烯脂中加入过硫酸铵作为引发剂，加入H2O或者油作溶剤，然后于55 70°C氮气保护下搅拌反应3 6h，聚合反应结束后得到半乳糖こ烯脂均聚物Poly-OVSEGA ；(3)将聚丙烯腈PAN溶于DMF，得到浓度为O. 03 O. 2g/mL的PAN溶液，然后加入 上述Poly-OVSEGA，搅拌至完全溶解，静置后得PAN/Poly-OVSEGA纺丝液；(4)将上述PAN/Poly-OVSEGA纺丝液进行静电纺丝，最后干燥，即得半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜。步骤(I)中所述的ニ酸ニこ烯酯与半乳糖的摩尔比为1:1 4: I。步骤(2)中所述的过硫酸铵的用量占半乳糖こ烯脂质量分数的0. 2 2%。步骤(2)中所述的加入H2O或者油作溶剂后，単体(半乳糖こ烯脂)浓度为2 3mol/L。步骤(3)中所述的PAN/Poly-OVSEGA纺丝液中Poly-OVSEGA占聚丙烯腈PAN和Poly-OVSEGA质量之和的质量分数为10 90%。步骤(3)中所述的PAN/Poly-OVSEGA纺丝液中Poly-OVSEGA占聚丙烯腈PAN和Poly-OVSEGA质量之和的质量分数为40%、50%或60%。步骤(4)中所述的静电纺丝的エ艺參数为注射器规格为5mL，针头内径为0. 4
0.7mm,喷出流速0. 8 2mL/h，静电压10 18kV，接收屏采用铝箔接地接收，接受距离为10 20cm，采用正交方法(改变某ー參数，固定其他的參数)调节纺丝參数进行电纺。步骤(4)所得到的半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜应用蛋白质的分离纯化。将本发明得到的含糖聚丙烯腈纳米纤维膜，利用Bradford方法检测其抗非特异性吸附的能力。将BSA溶解于pH=7. O 7. 4的PBS缓冲溶液中，配置成不同浓度的溶液。根据上述Bradford方法，用紫外分光光度计与595nm处检测不同浓度BSA标准溶液的吸光度，制备该浓度范围的BSA吸光度标准曲线。取一定面积的待测膜，经过こ醇和PBS缓冲液处理后，加入I IOmL浓度为O I. 0mg/mL的BSA溶液，在20_50°C水浴恒温振荡器中恒温12 48h，待吸附平衡后，用Bradford方法直接测定溶液在595nm处的吸收，对照标准曲线，即可计算单位膜面积上的BSA吸附的量。可以得出本发明得到的含糖聚丙烯腈纳米纤维膜可以抗非特异性蛋白质的吸附。本发明通过制备半乳糖ニ酸ニこ烯酯均聚物(Poly-OVSEGA)和聚丙烯腈(PAN)进行混纺，将糖类加入到纳米纤维膜上。本发明结合纳米纤维高的比表面积和糖脂的高亲水性，有利于发挥糖基的集簇效应，从而提高了抗特异性蛋白吸附的性能。糖基修饰的聚丙烯腈纤维具有制备简单，可多次重复使用，成本低廉等优点。把糖引入材料的表面，将有效改善材料表面的生物相容性。因此，含糖聚合物经常被用来改善材料的亲水性及抑制蛋白质等物质在材料表面的非特异性吸附。本发明将聚丙烯腈和半乳糖こ烯脂混纺，获得直径和孔径在纳米级的膜材料PAN/半乳糖こ烯脂超细纳米纤维膜。这种膜材料克服了聚丙烯腈固有的缺陷，含有丰富的可反应亲水活性功能基团，提高了材料表面的非特异性吸附及改善材料表面的生物相容性，具有应用其做后续相关实验分析的潜力。本发明以PAN为主要纺丝材料，并掺入表面的生物相容性良好的合成半乳糖こ烯脂均聚物，通过调整溶剂及相关纺丝条件參数，成功的实现了混纺，为新型纳米生物活性材料的研发提供借鉴。有益效果 (I)本发明采用水相沉淀聚合方法制备了半乳糖こ烯脂均聚物，制备方法操作简单、产物易处理且经济环保；(2)本发明的膜材料克服了聚丙烯腈固有的缺陷，含有丰富的可反应亲水活性功能基团，提高了材料表面的非特异性吸附并改善材料表面的生物相容性，具有应用其做后续相关实验分析的潜力；(3)含糖聚丙烯腈纳米纤维膜可以用于蛋白质的分离纯化，可以多次重复使用，成本低廉。
图I为实施例I 3、对比例I所得的含糖聚丙烯腈纳米纤维膜的扫描电镜照片，其中实施例I 3、对比例I的含糖聚丙烯腈纳米纤维膜的扫描电镜照片分别为A，B, C，D(纺丝电压为16kV，接收距离为15cm，喷射流速为I. 5mL/h)；图2A、图2B、图2C、图2D分别为为实施例I 3、对比例I所得的含糖聚丙烯腈纳米纤维膜的纤维直径分布，其中图2A、图2B、图2C、图2D分别与图I中的A、B、C、D相对应；图3为BSA吸附的标准曲线。图4为实施例I 3、对比例I所得的含糖聚丙烯腈纳米纤维膜对BSA的吸附曲线。图5为半乳糖癸ニ酸ニこ烯脂，Po I y-OVSEGA，PAN/Po I y-OVSEGA纳米纤维膜的FT-IR红外表征，其中5A为半乳糖癸ニ酸ニこ烯脂，5B为半乳糖脂均聚物，5C为半乳糖均聚物/PAN纳米纤维膜。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进ー步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例I
(I)将ニ酸ニこ烯酯与半乳糖按3:1的摩尔比例溶解在无水吡啶IOOmL中，加入
0.5g碱性蛋白酶，于40°C恒温振荡培养箱中反应4天，转速为210rpm，利用酶促合成技术合成半乳糖こ烯脂。(2)将上述糖脂放于微量聚合管中，用过硫酸铵(APS)(占半乳糖こ烯脂质量分数为I. O)作为引发剂，加入H2O作溶剂(単体浓度为2. Omol/L H2O),密封，用油泵抽真空后通氮气，反复多次。将体系置于55 60°C氮气保护下搅拌反应5h。(3)将一定质量的PAN溶于DMF得到浓度为O. lg/mL的PAN溶液；然后加入半乳脂均聚，使其所占质量分数分别为40%，搅拌数小时至完全溶解，静置数小时使纺丝液中气泡完全搅拌形成均一纺丝液。(4)用注射器抽取PAN/半乳糖こ烯脂均聚物，固定于静电纺丝装置上，控制喷出流速I. 5mL/h，静电压16kV，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10 20cm， 采用正交方法(改变某ー參数，固定其他的參数)调节不同纺丝參数进行电纺，得到PAN/半乳糖こ烯脂均聚物超细纳米纤维膜；放入真空干燥箱中60 80°C恒温干燥36h，制成再生纳米复合膜，其电镜照片如图IA所示。实施例2(I)将ニ酸ニこ烯酯与半乳糖按3:1的摩尔比例溶解在无水吡啶IOOmL中，加入
1.Og碱性蛋白酶，于45°C恒温振荡培养箱中反应4天，转速为210rpm，利用酶促合成技术合成半乳糖こ烯脂。(2)将上述糖脂放于微量聚合管中，用过硫酸铵(APS)(占半乳糖こ烯脂质量分数为I. O)作为引发剂，加入H2O作溶剂(単体浓度为2. Omol/L H2O),密封，用油泵抽真空后通氮气，反复多次。将体系置于55 60°C氮气保护下搅拌反应5h。(3)将一定质量的PAN溶于DMF得到浓度为O. lg/mL的PAN溶液；然后加入半乳糖均聚，使其所占质量分数分别为50%，搅拌数小时至完全溶解，静置数小时使纺丝液中气泡完全搅拌形成均一纺丝液。(4)用注射器抽取PAN/半乳糖こ烯脂均聚物，固定于静电纺丝装置上，控制喷出流速I. 5mL/h，静电压16kV，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10 20cm，采用正交方法(改变某ー參数，固定其他的參数)调节不同纺丝參数进行电纺，得到PAN/半乳糖こ烯脂均聚物超细纳米纤维膜；放入真空干燥箱中60 80°C恒温干燥24h，制成再生纳米复合膜，其电镜照片如图IB所示。实施例3(I)将ニ酸ニこ烯酯与半乳糖按3:1的摩尔比例溶解在无水吡啶IOOmL中，加入1.5g碱性蛋白酶，于60°C恒温振荡培养箱中反应4天，转速为210rpm，利用酶促合成技术合成半乳糖こ烯脂。(2)将上述糖脂放于微量聚合管中，用过硫酸铵(APS)(占半乳糖こ烯脂质量分数为I. O)作为引发剂，加入H2O作溶剂(単体浓度为2. Omol/L H2O),密封，用油泵抽真空后通氮气，反复多次。将体系置于55 60°C氮气保护下搅拌反应4h。(3)将一定质量的PAN溶于DMF得到浓度为0. lg/mL的PAN溶液；然后加入半乳糖こ烯脂均聚，使其所占质量分数分别为60%，搅拌数小时至完全溶解，静置数小时使纺丝液中气泡完全搅拌形成均一纺丝液。
(4)用注射器抽取PAN/半乳糖こ烯脂均聚物，固定于静电纺丝装置上，控制喷出流速I. 5mL/h，静电压16kV，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10 20cm，采用正交方法(改变某ー參数，固定其他的參数)调节不同纺丝參数进行电纺，得到PAN/半乳糖こ烯脂均聚物超细纳米纤维膜；放入真空干燥箱中60 80°C恒温干燥30h，制成再生纳米复合膜，其电镜照片如图IC所示。实施例4半乳糖均聚/聚丙烯腈混纺纳米纤维膜对BSA的吸附在O 100ug/mL范围内绘制BSA溶液标准曲线。用pH=7. 4的磷酸盐缓冲溶液分别制备系列浓度的BSA标准溶液，利用Bradford方法，用紫外分光光度计595nm处检测不同浓度BSA标准溶液的吸光度。然后以吸光度为纵坐标，BSA浓度为横坐标，制的该浓度范围的BSA吸光度标准曲线，如图3。将实施例I 3制备的半乳糖均聚/聚丙烯腈混纺纳米纤维膜先后用PBS缓冲溶 液预处理(20 30min)，以除去膜表面的污染物，取O. 5mg待测膜，剪碎后放入试管中，分别加入I IOmL相同浓度的BSA溶液，在TC往返水域恒温振荡器恒温24h。待吸附平衡后，取出膜，测定试管中溶液在595nm处的吸收。对照标准曲线，几下改吸光值所对应的浓度。根据浓度的減少，来计算单位质量的膜上BSA吸附的量；吸附曲线如图3。对比例I(I)将一定质量的PAN溶于DMF中。搅拌数小时至完全溶解，静置数小时使纺丝液中气泡完全搅拌形成均一纺丝液，得到浓度为10%g/mL的PAN溶液。(2)用注射器抽取PAN纺丝液于静电纺丝装置上，控制喷出流速I. O I. 5mL/h,静电压10 18kV，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10 20cm，采用正交方法(改变某ー參数，固定其他的參数)调节不同纺丝參数进行电纺，得到PAN超细纳米纤维膜；放入真空干燥箱中60 80°C恒温干燥36h，制成再生纳米复合膜，其电镜照片如图ID所示。
权利要求
1.ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，包括(1)将ニ酸ニこ烯酯和半乳糖溶于无水吡啶，加入碱性蛋白酶，于40 60°C反应3 5天,合成半乳糖こ烯脂；(2)在上述半乳糖こ烯脂中加入过硫酸铵作为引发剂，加入H2O或者油作溶剂，然后于55 70°C氮气保护下搅拌反应3 6h，聚合反应结束后得到半乳糖こ烯脂均聚物Poly-OVSEGA ；(3)将聚丙烯腈PAN溶于DMF，得到浓度为O.03 O. 2g/mL的PAN溶液，然后加入上述Poly-OVSEGA，搅拌至完全溶解，静置后得PAN/PoIy-OVSEGA纺丝液；(4)将上述PAN/Poly-OVSEGA纺丝液进行静电纺丝，最后干燥，即得半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜。
2.根据权利要求I所述的ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的ニ酸ニこ烯酯与半乳糖的摩尔比为1:1 4:1。
3.根据权利要求I所述的ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的过硫酸铵的用量占半乳糖こ烯脂质量分数的O. 2 2%。
4.根据权利要求I所述的ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的加入H2O或者油作溶剂后，半乳糖こ烯脂浓度为2 3mol/L。
5.根据权利要求I所述的ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的PAN/Poly-OVSEGA纺丝液中Poly-OVSEGA占聚丙烯腈PAN和Poly-OVSEGA质量之和的质量分数为10 90%。
6.根据权利要求I或5所述的ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的PAN/Poly-OVSEGA纺丝液中Poly-OVSEGA占聚丙烯腈PAN和Poly-OVSEGA质量之和的质量分数为40%、50%或60%。
7.根据权利要求I所述的ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的静电纺丝的エ艺參数为注射器规格为5mL，针头内径为O. 4^0. 7mm，喷出流速O. 8 2mL/h，静电压10 18kV，接收屏采用铝箔接地接收，接受距离为 10 20cm。
8.根据权利要求I所述的ー种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，其特征在干步骤(4)所得到的半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜应用蛋白质的分离纯化。
全文摘要
本发明涉及一种半乳糖均聚物/聚丙烯腈复合纳米纤维膜制备方法，包括(1)将二酸二乙烯酯和半乳糖溶于无水吡啶，加入碱性蛋白酶，合成半乳糖乙烯脂；(2)在上述半乳糖乙烯脂中加入过硫酸铵作为引发剂，加入H2O或者油作溶剂，聚合反应结束后得到Poly-OVSEGA；(3)将聚丙烯腈溶于DMF，然后加入上述Poly-OVSEGA，搅拌至完全溶解，静置后得PAN/Poly-OVSEGA纺丝液；(4)将上述PAN/Poly-OVSEGA纺丝液进行静电纺丝，最后干燥，即得。本发明的制备方法操作简单、产物易处理且经济环保；本发明的膜材料含有丰富的可反应亲水活性功能基团，可以用于蛋白质的分离纯化，成本低廉。
文档编号D04H1/4382GK102828346SQ20121026073
公开日2012年12月19日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者朱利民, 王蕾, 权静, 金成成 申请人:东华大学