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一种对氨基酸具有高效选择性的新型纳米电纺膜及其制备方法.pdf

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一种 氨基酸 具有 高效 选择性 新型 纳米 电纺膜 及其 制备 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910094694

申请日:

20190131

公开号:

CN109554826A

公开日:

20190402

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: D04H1/4382;D04H1/728;D01D5/00;D01F1/10;D01F6/50 主分类号: D04H1/4382;D04H1/728;D01D5/00;D01F1/10;D01F6/50
申请人: 福州大学
发明人: 英晓光;朱肖梅;康安顺
地址: 362801 福建省泉州市泉港区前黄镇学院路1号
优先权:
专利代理机构: 35100 代理人: 蔡学俊
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910094694

授权公告号:

法律状态公告日:

20190426

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明公开了一种对氨基酸具有高效选择性的新型纳米电纺膜,其制备方法是:将模拟模板分子对羟基苯丙酸和聚乙烯醇溶解在一定量的去离子水中,恒温85?95℃磁力搅拌5?7h制得纺丝溶液,纺丝1.5?4h制得纳米电纺膜,将纳米电纺膜真空干燥20?28h,然后用洗脱液甲?#21152;?#20057;酸的混合溶液洗脱模板分子。本发明制备的印迹纳米电纺膜材料为纳米级的?#23435;?#33180;,对酪氨酸具有良好的选择吸附能力,具有一定的再生使用性能。原料聚乙烯醇作为一种用途广泛的水溶性高分子聚合物具有无毒无害、耐油性、良好的生物相容性等优点,被广泛应用于食品、高分子化工、生物医学等众多领域。

权利要求书

1.一种对氨基酸具有高效选择性的新型纳米电纺膜的制备方法,其特征在于:所述方法具体包括以下步骤: (1)将对羟基苯丙酸作为模拟模板溶于去离子水中,然后加入聚乙烯醇粉末,进行充分溶解,常温磁力搅拌10-30 min进行消泡处理,温度加热到85-95℃恒温磁力搅拌5-7 h 制得纺丝溶液; (2)将步骤(1)得到的纺丝溶液静置消泡24 h至溶液没有气泡,然后将溶液注入注射器中,在纺丝机进行纺丝制得静电纺丝纳米膜; (3)将步骤(2)获得的静电纺丝纳米膜取下,剪成尺寸为2-5.5 cm×1-2.5 cm的静电纺丝纳米膜,然后将剪好的膜在温度30-70℃真空干燥20-28 h 除去膜中的水; (4)加入洗脱液进行常温静置洗脱6-12 h,得到印迹静电纺丝纳米膜材料。 2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中对羟基苯丙酸的质量为0-30mg,去离子水体积为1-20 mL。 3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中聚乙烯醇的型号为PVA1799、PVA1788和PVA124中的一种,质量为0.4-2.0 g。 4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中纺丝机为WL-2C的国产静电纺丝机,纺丝参数为:纺丝电压为11-19 kV;纺丝距离为9-17 cm;纺丝滚筒转速为400-900 rps;推液量为0.5-0.9 mL / h。 5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中的纺丝时间为1.5-4 h;湿度为40-70;温度为25-37℃。 6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(4)中的洗脱液的体积为10-100 mL,洗脱液为甲醇水溶液和乙酸的混合液,其中甲醇水溶液质量浓度为1-20%,乙酸体积浓度为1-20%,且甲?#21152;?#20057;酸体积比为9:1。 7.一种如权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的对氨基酸具有高效选择性的新型纳米电纺膜。

说明书


一种对氨基酸具有高效选择性的新型纳米电纺膜及其制备方法
技术领域


本发明涉及了一种对氨基酸具有高效选择性的新型纳米电纺膜及其制备方法,属
于功能高分子材料领域。


背景技术


氨基酸是提供生物营养、新陈代谢及生命运动的重要物质,对人的生理功能具有
重要的意义。酪氨酸(Tyr)是氨基酸中很重要的的一种必需氨基酸,是肾上腺激素、去甲肾
上腺激素和多巴胺等用于调节情绪的生物信号分子的重要母体之一。如果人体缺乏酪氨
酸,就会出现代谢异常、智力低下、抑郁等疾病,而过量酪氨酸摄入则会使姊妹染色单体发
生改变,因此对酪氨酸的分离和检测也是很重要的一个课题。分子印迹技术能够制备具有
对目标分子具有专一识别的聚合物,其优点是成?#38236;汀?#26448;料合成方便、稳定性好,能够满足
氨基酸分离的需求。目前分子印迹技术对于小分子的研究还是较为成熟的,但是传统上制
备的印迹材料主要是以分子印迹聚合物(MIPs)和分子印迹凝胶为主,制备的印迹材料通常
是毫米级别的具有比表面积较小、?#26412;?#36739;大的局限性,这将影响印迹材料对氨基酸的吸附
量和特异性识别能力。将静电纺丝技术和分子印迹技术相结合制备出的纳米?#23435;?#33180;作为印
迹材料,该材料?#26412;?#36739;小可?#28304;?#21040;纳米级别,可以大大的提高比表面积,提高对氨基酸的特
异性识别能力。聚乙烯醇(PVA)是静电纺丝制备印迹材料常用的基?#27169;?#23427;是一种用途广泛的
水溶性高分子聚合物具有无毒无害、耐油性、耐磨损性、良好的生物相容性等优点,是一种
具有潜在研究价值的高分子材料。本专利以模拟模板对羟基苯丙酸和基材聚乙烯醇进行静
电纺丝制备静电纺丝纳米印迹材料,这种印迹材料对氨基酸具有良好的识别能力,同时利
?#26757;?#23376;印迹技术,产生?#19988;?#23380;穴,从而更有利于氨基酸印迹材料与目标氨基酸的结合,达到
目标氨基酸的识别和分离。


发明内容


本发明的目的在于针对现有技术不足,提供了一种对氨基酸具有高效选择性的新
型纳米电纺膜。本发明制备的静电纺丝纳米膜具有生物交联的网状?#23435;?#32467;构,具有较大的
比表面积、很高的孔隙?#30465;?#23380;径非常小等优点,因?#19997;?#20197;在印迹膜的表面提供更多的印迹识
别位点,提高对目标氨基酸的识别能力。


为实现上述目的,本发明采取的技术方案是:


(1)将0-30 mg 对羟基苯丙酸作为模拟模板溶于1-20 mL去离子水中,然后加入0.4-
2.0 g的聚乙烯醇(PVA1799 99%, M
W=74885、PVA1788 88%,M
W=74885或PVA124 99%,M
W=
105000)粉末,进行充分溶解,常温磁力搅拌10-30 min进行消泡处理,温度加热到85-95℃
恒温磁力搅拌5-7 h 制得纺丝溶液;


(2)将(1)得到的纺丝溶液静置消泡24 h至溶液没有气泡,然后将溶液注入?#26412;?#20026;1 cm
量程为20 mL的注射器中,在型号为WL-2C的国产静电纺丝机上纺丝,制得静电纺丝纳米膜;


(3)将(2)获得的静电纺丝纳米膜取下,用剪刀剪成若干片规格为2-5.5 cm×1-2.5 cm
的静电纺丝纳米膜,然后将剪好的膜放置于真空干燥箱中,温度30-70℃真空干燥20-28 h
除去膜中的水。


(4)加入10-100 mL 洗脱液进行常温静置洗脱6-12 h,得到印迹静电纺丝纳米膜
材料。


进一步地,步骤(2)中的纺丝时间为1.5-4 h;湿度为40-70;温度为25-37℃。


进一步地,步骤(2)中的纺丝制备纳米电纺膜的纺丝实验基本参数如下:纺丝电压
为11-19 kV;纺丝距离为9-17 cm;纺丝滚筒转速为400-900 rps;推液量为0.5-0.9 mL /
h。


进一步地,步骤(4)中的洗脱液为1-20% (
w/v)甲醇水溶液(MT)与1-20% (
v/v)乙
酸(HAc)的混合液,且甲?#21152;?#20057;酸体积比为9:1。


通过对静电纺丝纳米膜的印迹显色结合相关处理软件ImageJ进行数据处理测定
出上述静电纺丝纳米印迹膜材料对氨基酸的吸附量及吸附选择性,具体测量方法为:


(1)吸附量:取制得的电纺纳米膜材料放置于载玻片上,滴加300 μL浓度为900 mg/100
mL的茚三酮水溶液,静置12 h,再滴加50 μL质量浓度为100 mg/100 mL的酪氨酸水溶液,将
上述载玻片放置在温度为65℃的烘箱中30 min显色,将显色的膜通过拍照及软件处理得到
该纳米膜材料的显色灰度值,对应灰度值与吸附量的标?#35760;?#32447;计算出对酪氨酸的吸附量,
酪氨酸吸附量与灰度值的标?#35760;?#32447;如?#28388;?#31034;:



Y= -0.3611x+141.177 R

2

=0.9950


其中,
Y表示的是显色的色斑对应的灰度值,
x是电纺纳米膜材料对酪氨酸的吸附量
Q

e

(μg/cm
2),
R

2
为标?#35760;?#32447;的相关系数。


计算电纺纳米膜材料对酪氨酸的印迹效率公式如下:



IE= Q

MIP

/ Q

NIP



其中,
Q

MIP
是印迹纳米膜的吸附量,
Q

NIP
是非印迹纳米膜的吸附量,
IE为印迹效?#30465;?br>

(2)吸附选择性?#21495;?#32622;酪氨酸水溶液、色氨酸水溶液,组氨酸水溶液和半胱氨酸水
溶液质量均为1.0 mg/mL,进?#26800;?#19968;溶液选择性实验。取大小质量均相同的四片纳米膜,实
验步骤如前面(1)中测定酪氨酸吸附量中所示,分别滴加不同的氨基酸溶液,计算得到相应
的吸附量,对酪氨酸的吸附选择性计算如下:



K

D

=Q

e

/ C

e




SF=K

D1

/ K

D2



其中,
K

D
是?#34081;?#20998;配系数;
Q

e
(μg/cm
2)和
C

e
(mg/mL)分别代表聚合物吸附?#33014;?#26102;的吸附
量和吸附液的浓度大小;
SF是分离因子;
K

D1

K

D2
分别为模板分子的?#34081;?#20998;配系数和竞争蛋
白分子的?#34081;?#20998;配系数。


本发明具有以下优点:


(1)本发明以聚乙烯醇PVA作为制备纳米电纺膜的基?#27169;?#22240;为其具有无毒无害、耐油性、
耐磨损性、良好的生物相容性等优点,同时制备的静电纺丝纳米膜材料具有生物交联的网
状?#23435;?#32467;构,具有较强的稳定性;


(2)本发明制备的纳米膜电纺具有具有较大的比表面积、很高的孔隙?#30465;?#23380;径非常小等
优点,因?#19997;?#20197;在印迹膜的表面提供更多的印迹识别位点,提高对目标氨基酸的识别能力;


(3)本发明利用与模板结构相似的模拟模板进行实验研究,不仅可以解决显色过程中
不可逆反应导致模板不易洗脱的难题,还有助于扩展纳米膜材料在其他氨基酸以及生物胺
等物质中的应?#26757;?#22260;。


本发明制备的纳米电纺膜材料为?#26412;?#20026;纳米级均一稳定的静电纺丝膜,对酪氨酸
具有良好的选择吸附能力,可再生重复利用,而且制备工艺简单,成?#38236;停?#31283;定性好,无毒无
害,可广泛用于氨基酸的吸附分离,在生物医药、化学化工、高分子等领域都具有较好的应
用前景。


附图说明


图1为实施例1所制纳米电纺膜材料的显色及其对应的ImageJ处理?#36857;?br>

图2为对比例1所制纳米电纺膜材料的显色及其对应的ImageJ处理?#36857;?br>

图3为实施例1与对比例1所制纳米电纺膜材料对酪氨酸的吸?#25605;俊?br>

具体实施方式


为了使本发明所述的内容更加便于理解,以下实施例将对本发明做进一步说明,
但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。


实施例1


(1)将10 mg 对羟基苯丙酸作为模拟模板溶于15 mL去离子水中,然后加入2.0 g的聚
乙烯醇(PVA1799)粉末,进行充分溶解,常温磁力搅拌20 min进行消泡处理,温度加热到95
℃恒温磁力搅拌5 h 制得纺丝溶液。


(2)将(1)得到的纺丝溶液静置消泡24 h至溶液没有气泡,然后将溶液注入?#26412;?#20026;
1 cm量程为20 mL的注射器中,在型号为WL-2C的国产静电纺丝机上纺丝2 h,制得静电纺丝
纳米膜,其中,纺丝电压为15kV;纺丝距离为15 cm;纺丝滚筒转速为500 rps;推液量为0.7
mL / h;湿度为60℃;温度为30℃。


(3)将(2)获得的静电纺丝纳米膜取下,用剪刀剪成若干片5.0 cm×2.0 cm的静电
纺丝纳米膜,然后将剪好的膜放置于真空干燥箱中,温度50℃真空干燥24 h除去膜中的水。


(4)加入30 mL,10% (
w/v)甲醇水溶液(MT)与10% (
v/v)乙酸(HAc)的混合液进行
常温静置洗脱12 h,得到印迹静电纺丝纳米膜材料。


对比例1


(1)将2.0 g的聚乙烯醇(PVA1799)粉末溶于15 mL去离子水中,进行充分溶解,常温磁
力搅拌20 min进行消泡处理,温度加热到95℃恒温磁力搅拌5 h 制得纺丝溶液。


(2)将(1)得到的纺丝溶液静置消泡24 h至溶液没有气泡,然后将溶液注入?#26412;?#20026;
1 cm量程为20 mL的注射器中,在型号为WL-2C的国产静电纺丝机上纺丝2 h,制得静电纺丝
纳米膜,其中,纺丝电压为15kV;纺丝距离为15 cm;纺丝滚筒转速为500 rps;推液量为0.7
mL / h;湿度为60℃;温度为30℃。


(3)将(2)获得的静电纺丝纳米膜取下,用剪刀剪成若干片5.0 cm×2.0 cm的静电
纺丝纳米膜,然后将剪好的膜放置于真空干燥箱中,温度50℃真空干燥24 h除去膜中的水。


(4)加入30 mL,10% (
w/v)甲醇水溶液(MT)与10% (
v/v)乙酸(HAc)的混合液进行
常温静置洗脱12 h,得到非印迹静电纺丝纳米膜材料。


实施例1和对比例1所制纳米电纺膜材料的显色及其对应的ImageJ处理图如图1和
2所示,由图可以看出,实施例1和对比例1制备的纳米电纺膜材料材料在显色过程中都出现
了?#19979;?#20848;的色斑,说明两者在显色过程中酪氨酸和茚三酮发生了反应,并且实施例1的显色
色斑颜色深于对比例1,显色色斑由软件ImageJ处理图直观?#20174;?#20986;显色色斑对应的灰度值,
灰度值越小对应的颜色越深,对应的酪氨酸吸附量也越大。实施例1与对比例1所制纳米电
纺膜材料对酪氨酸的吸附量如图3所示,?#27833;?可以看出,当加入不同浓度的酪氨酸时,实施
例1与对比例1所制纳米电纺膜材料对酪氨酸的吸附量都呈现先增大然后稳定的趋势,实施
例1的吸附量高达346.6259 μg/cm
2,对比例1为130.9444μg/cm
2,很明显实施例1高于对比例
1,其印迹效率高达2.65倍。可见本发明加入模拟模板与聚乙烯醇制得的纳米膜由于具有较
大的比表面积和较小的?#26412;?#21487;以提供更多的印迹识别位点,有效地提高了纳米电纺膜材料
的特异性识别能力,一定程度上?#34081;?#39640;了氨基酸的吸附,?#32433;丝?#30693;,该纳米电纺膜材料可以
作为氨基酸分离和识别的优良材料。


实施例2


(1)将8.0 mg 对羟基苯丙酸作为模拟模板溶于12 mL去离子水中,然后加入2.0 g的聚
乙烯醇(PVA1799)粉末,进行充分溶解,常温磁力搅拌20 min进行消泡处理,温度加热到95
℃恒温磁力搅拌5 h 制得纺丝溶液。


(2)将(1)得到的纺丝溶液静置消泡24 h至溶液没有气泡,然后将溶液注入?#26412;?#20026;
1 cm量程为20 mL的注射器中,在型号为WL-2C的国产静电纺丝机上纺丝2 h,制得静电纺丝
纳米膜,其中,纺丝电压为15kV;纺丝距离为15 cm;纺丝滚筒转速为500 rps;推液量为0.7
mL / h;湿度为60℃;温度为30℃。


(3)将(2)获得的静电纺丝纳米膜取下,用剪刀剪成若干片5.0 cm×2.0 cm的静电
纺丝纳米膜,然后将剪好的膜放置于真空干燥箱中,温度50℃真空干燥24 h除去膜中的水。


(4)加入30 mL,10% (
w/v)甲醇水溶液(MT)与10% (
v/v)乙酸(HAc)的混合液进行
常温静置洗脱12 h,得到印迹静电纺丝纳米膜材料。


实施例3


(1)将10 mg 对羟基苯丙酸作为模拟模板溶于20 mL去离子水中,然后加入1.6 g的聚
乙烯醇(PVA1799)粉末,进行充分溶解,常温磁力搅拌20 min进行消泡处理,温度加热到95
℃恒温磁力搅拌5 h 制得纺丝溶液。


(2)将(1)得到的纺丝溶液静置消泡24 h至溶液没有气泡,然后将溶液注入?#26412;?#20026;
1 cm量程为20 mL的注射器中,在型号为WL-2C的国产静电纺丝机上纺丝2 h,制得静电纺丝
纳米膜,其中,纺丝电压为15kV;纺丝距离为15 cm;纺丝滚筒转速为500 rps;推液量为0.7
mL / h;湿度为60℃;温度为30℃。


(3)将(2)获得的静电纺丝纳米膜取下,用剪刀剪成若干片5.0 cm×2.0 cm的静电
纺丝纳米膜,然后将剪好的膜放置于真空干燥箱中,温度50℃真空干燥24 h除去膜中的水。


(4)加入30 mL,10% (
w/v)甲醇水溶液(MT)与10% (
v/v)乙酸(HAc)的混合液进行
常温静置洗脱12 h,得到印迹静电纺丝纳米膜材料。


实施例4


(1)将20 mg 对羟基苯丙酸作为模拟模板溶于20 mL去离子水中,然后加入2.0 g的聚
乙烯醇(PVA1799)粉末,进行充分溶解,常温磁力搅拌20 min进行消泡处理,温度加热到95
℃恒温磁力搅拌5 h 制得纺丝溶液。


(2)将(1)得到的纺丝溶液静置消泡24 h至溶液没有气泡,然后将溶液注入?#26412;?#20026;
1 cm量程为20 mL的注射器中,在型号为WL-2C的国产静电纺丝机上纺丝2 h,制得静电纺丝
纳米膜,其中,纺丝电压为15kV;纺丝距离为15 cm;纺丝滚筒转速为500 rps;推液量为0.7
mL / h;湿度为60℃;温度为30℃。


(3)将(2)获得的静电纺丝纳米膜取下,用剪刀剪成若干片5.0 cm×2.0 cm的静电
纺丝纳米膜,然后将剪好的膜放置于真空干燥箱中,温度50℃真空干燥24 h除去膜中的水。


(4)加入30 mL,10% (
w/v)甲醇水溶液(MT)与10% (
v/v)乙酸(HAc)的混合液进行
常温静置洗脱12 h,得到印迹静电纺丝纳米膜材料。


实施例5


(1)将25 mg 对羟基苯丙酸作为模拟模板溶于16 mL去离子水中,然后加入1.8 g的聚
乙烯醇(PVA1799)粉末,进行充分溶解,常温磁力搅拌20 min进行消泡处理,温度加热到95
℃恒温磁力搅拌5 h制得纺丝溶液。


(2)将(1)得到的纺丝溶液静置消泡24 h至溶液没有气泡,然后将溶液注入?#26412;?#20026;
1 cm量程为20 mL的注射器中,在型号为WL-2C的国产静电纺丝机上纺丝2 h,制得静电纺丝
纳米膜,其中,纺丝电压为15kV;纺丝距离为15 cm;纺丝滚筒转速为500 rps;推液量为0.7
mL / h;湿度为60℃;温度为30℃。


(3)将(2)获得的静电纺丝纳米膜取下,用剪刀剪成若干片5.0 cm×2.0 cm的静电
纺丝纳米膜,然后将剪好的膜放置于真空干燥箱中,温度50℃真空干燥24 h除去膜中的水。


(4)加入30 mL,10% (
w/v)甲醇水溶液(MT)与10% (
v/v)乙酸(HAc)的混合液进行
常温静置洗脱12 h,得到印迹静电纺丝纳米膜材料。


以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做均等变化与修
饰,皆应属本发明的涵盖范围。


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