酪蛋白-角蛋白自組裝復合膠束的可控制備及應用性能研究.pdf

1、目前合成高分子材料在各個領域得到了廣泛的應用，其不但消耗有限的石油資源，且難以自然降解，產(chǎn)生的污染物對環(huán)境會造成嚴重的破壞。正因為如此，近年來天然高分子材料作為一種可降解的環(huán)境友好型材料越來越多的得到了人們的重視。蛋白質(zhì)屬于天然高分子化合物，目前人們已經(jīng)利用其自組裝特性來制備納米材料和具有新功能特性的材料。本課題主要涉及兩種天然蛋白質(zhì)：酪蛋白與角蛋白。為了以這兩種蛋白為模型研究生物體外不同蛋白之間自組裝規(guī)律，拓展通過自組裝技術制備以酪蛋

2、白為基礎的應用型復合膠束，本課題使用酪蛋白與角蛋白這兩種不同的蛋白，通過控制組裝條件制備出形貌、粒徑及親疏水性可控型復合膠束，并對其結構、特性及形成機理進行了研究，并且對其在生物膜制備及藥物緩釋方面的應用性能進行了初步探討，為今后深入系統(tǒng)的研究可控型蛋白復合膠束打下了一定的基礎，主要研究工作包括以下幾個方面：
　　(1)采用Na2S還原法制備含有巰基的角蛋白溶液，采用酸沉淀法對其進行了分離，采用等電聚焦，超濾與透析的方法提純了不同

3、等電點的羊毛角蛋白。研究了體系沉淀pH值、沉淀溫度及沉淀時間對角蛋白產(chǎn)率的影響。結果顯示，羊毛角蛋白在體系pH值為2.0，沉淀溫度為5℃，沉淀時間為3h的條件下產(chǎn)率最大，達到62.8％。研究了不同等電點羊毛角蛋白的分布與產(chǎn)率。依據(jù)組裝需要選擇了等電點為3.0和5.5的角蛋白組分作為組裝材料，這兩種角蛋白的產(chǎn)率分別為12.5%及5.8%。其半胱氨酸含量分別為21.45%及2.57%，重均分子量分別為13355Da和6191Da。此法得到的

4、可溶角蛋白分子量較大，結構比較完整，鏈段活性基團較多，具備了與酪蛋白形成典型自組裝復合膠束的能力。
　　(2)采用二硫鍵固定法及酶固定法分別制備了穩(wěn)定的酪蛋白/角蛋白 pI3.0組分納米復合膠束及酪蛋白/角蛋白 pI5.5組分復合膠束。采用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、動態(tài)光散射法、微分熱重法等對復合膠束特性進行了表征。在組裝溫度為20℃，酪蛋白與角蛋白質(zhì)量比為4:1，酪蛋白/角蛋白pI3.0組分與酪蛋白/角蛋白pI5.5組分蛋白

5、濃度分別為1.5mg/mL及3mg/mL時，所組裝制備的復合膠束呈球形。酪蛋白/角蛋白 pI3.0組分復合膠束的粒徑范圍在50~80nm之間，酪蛋白/角蛋白pI5.5組分復合膠束的粒徑范圍在100~200nm之間。復合固定前后其熱性能發(fā)生了顯著變化。經(jīng)過氧化固定法制備的酪蛋白/角蛋白pI3.0組分復合膠束其熱穩(wěn)定性要高于經(jīng)過酶固定法制備的酪蛋白/角蛋白pI5.5組分復合膠束。復合膠束具有良好的稀釋穩(wěn)定性、存儲穩(wěn)定性、凍干穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性

6、。酪蛋白/角蛋白pI5.5組分復合膠束制備過程中可以形成分子量范圍在43~200KDa的大分子聚合物。
　　(3)通過控制蛋白溶液組裝濃度和組裝質(zhì)量比制備了球形、立方體形、蠕蟲形、囊泡形、海膽形、珊瑚簇狀和混雜形貌的復合膠束。通過控制鏈段組成，制備了酪蛋白/角蛋白pI3.0組分復合納米膠束及粒徑范圍在100~200nm范圍內(nèi)的酪蛋白/角蛋白pI5.5組分復合膠束。當增加蛋白濃度及減小酪蛋白與角蛋白組裝質(zhì)量比時，可以制備疏水性逐漸增

7、強的復合膠束。當組裝溫度從20℃逐漸增加到60℃時，復合膠束會從球形轉變?yōu)榱⒎襟w形，其親水性會不斷增強。
　　(4)酪蛋白與角蛋白分子鏈在溶液中聚集形成復合膠束的過程分為靜電復合、親疏水性相互作用形成殼核結構及膠束結構固定三個階段。在固定酪蛋白/角蛋白pI3.0組分復合膠束時會涉及到巰基的氧化及雙硫鍵的重建過程，所形成的雙硫鍵網(wǎng)絡可以將酪蛋白組分穿插固定。在固定酪蛋白/角蛋白pI5.5組分復合膠束時會涉及到不同蛋白分子之間酰胺交聯(lián)

8、鍵的形成過程。對酪蛋白與角蛋白分子鏈在溶液中聚集形成復合膠束的過程進行了介觀動力學模擬，同時發(fā)現(xiàn)酪蛋白與角蛋白 pI3.0組分組裝體系能較快地達到體系平衡。使用拉曼光譜、遠紫外及近紫外 CD光譜對復合膠束形成過程中蛋白分子二、三級結構變化進行了研究，同時，對制備的復合膠束在不同pH值及溫度下蛋白分子的二、三級結構變化進行了研究。研究結果顯示當酪蛋白與角蛋白 pI3.0組分質(zhì)量比為4:1時，所形成的復合膠束中肽鏈α-螺旋和β-折疊比例較高

9、，所形成的復合膠束二、三級結構比較穩(wěn)定，并且在pH值6.0~11.0，溫度20~50℃的范圍內(nèi)具有較高的結構穩(wěn)定性。
　　(5)將制備的酪蛋白/角蛋白 pI5.5組分納米復合膠束用于制備生物膜，通過低濃度制備組裝復合膠束溶液，再濃縮至高濃度的方法制備了酪蛋白/角蛋白pI5.5組分復合膠束膜。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過組裝程序制備的復合膠束膜比未經(jīng)過組裝制備的復合膠束膜，機械性能得到了提高，其中當酪蛋白與角蛋白組裝質(zhì)量比為4:1時，伸長率提高了3

10、8%，抗張強度提高了32%。組裝效應使膜表面疏水性得到了提高，膜的水汽透過率、透氣性、總溶解物以及透光率指標降低。經(jīng)過組裝制備的復合膠束膜的斷面結構要比未經(jīng)過組裝制備的膜致密且光滑。膜的有關性能的改變與復合膠束的結構與聚集模式存在密切的聯(lián)系，質(zhì)量比為4:1時所形成的球形復合膠束對膜的性能及表觀結構改變效果最為顯著。
　　(6)將制備的酪蛋白/角蛋白 pI3.0組分納米復合膠束用于包埋疏水性藥物β–胡蘿卜素。結果顯示，包埋有β–胡蘿