一種具有熒光性質的金納米粒子?絲素蛋白復合材料及其制備方法與流程

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及為一種具有熒光性質的金納米粒子-絲素蛋白復合材料及其制備方法。

背景技術：

熒光材料是一種具有優良光學性質的材料，其可以被應用于熒光成像，防偽材料制備以及生物傳感器制造等領域。熒光材料主要可以分為兩大類，第一類是具有熒光性質的有機分子，如羅丹明等，第二類是具有熒光性質的納米材料，如量子點材料等。然而，無論是哪一類熒光材料，大多都具有毒性，生物相容性差，例如量子點材料，其通常的組成為硒化鎘，硫化鋅等成分，具有較大的毒性，對人體和生物體有害。近年來，以金納米粒子為基底的熒光材料受到眾多關注，利用特定的化學濕法所制備得到的金納米粒子具有穩定高強度的熒光性質，而且金納米粒子具有良好的生物相容性，并且無毒健康，所以此種熒光納米材料的應用前景廣泛。

絲素蛋白是一種天然高分子蛋白，由于其具有優異的力學性能、生物相容性以及生物降解性，且對人體無毒、無害，近年來被廣泛應用于藥物傳輸、生物醫學、化妝品以及醫療器械等領域。近年來，隨著技術的發展，越來越多的以絲素蛋白為基底的生物材料被發明創造并且應用。例如，絲素蛋白薄膜可以作為制備生物傳感器的基底，絲素蛋白凝膠可以做為生物粘合劑；絲素蛋白粉末可以作為護膚品的添加劑以增加互粉品的保水性和生物相容性；絲素蛋白納米小球可以作為藥物傳輸和釋放的載體被應用到生物醫療領域。

利用絲素蛋白為基底來制備具有熒光性質的金屬納米粒子-絲素蛋白功能性復合材料是一個很重要也很有前景的領域。所制備得到的復合材料在具備熒光性質的同時，還同時兼具絲素材料的各種優良性質，并且此種復合材料可以被制造成各種各樣形式的材料，如薄膜，凝膠，凍干粉等。制備的基本思路是通過特定的物理、化學放方法將熒光金屬納米粒子和絲素蛋白有效的結合在一起，然后在進一步制備出各種形式的材料。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種工藝簡單，綠色環保的金納米粒子-絲素蛋白熒光復合材料及其制備方法。制備得到的金納米粒子-絲素蛋白熒光復合材料具有優異的生物相容性、生物降解性、穩定性以及熒光性質，并且用途廣泛。

本發明解決的技術問題是：提出一種具有優異的生物相容性、生物降解性、穩定性以及熒光性質的金納米粒子-絲素蛋白熒光復合材料及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是：一種具有熒光性質的金納米粒子-絲素蛋白復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)熒光金納米粒子的制備

將氯金酸水溶液10mmol/L與牛血清白蛋白水溶液50mg/mL以1：1的體積比均勻混合并在37℃下劇烈攪拌，2min后，向混合溶液中快速注入與混合溶液體積比為1：20的1mol/L氫氧化鈉水溶液，并在37℃持續攪拌12h，金納米粒子水溶液制備完成；

(2)脫膠蠶絲的制備

將去蛹并剪成細條狀的蠶繭在濃度為0.5wt％的碳酸鈉和1wt％的馬賽皂的混合水溶液中煮沸30min，蠶繭與脫膠混合液的重量比為1：150，煮沸過程中不斷攪拌以防止蠶繭粘結，煮沸完后將脫膠的蠶絲撈出并用凈水反復清洗，之后將脫膠蠶絲進行二次脫膠，重復之前脫膠過程，完成后將得到的脫膠蠶絲用凈水反復清洗干凈后置于干燥通風處過夜干燥；

(3)絲素蛋白水溶液的制備和純化

將潔凈干燥的脫膠蠶絲完全浸入9.3mol/L溴化鋰水溶液中，脫膠蠶絲與溴化鋰水溶液的重量體積比為1：5，加蓋密封置于60℃烘箱中加熱4h，加熱完成后，即得到未純化的蠶絲溴化鋰溶液，為淡黃色粘稠狀溶液,將該蠶絲溴化鋰溶液轉移到節流分子量為3500道爾頓的滲析袋中并在4℃的環境下進行滲析以出去溴化鋰，滲析用1L純凈水并伴隨緩慢攪拌，在滲析開始的1、4、8、12、24、48h后換水，共6次,經滲析后，溶液中的溴化鋰被除去，絲素蛋白保留在在滲析袋中，最后可以得到絲素蛋白水溶液,將絲素蛋白水溶液于4℃，10000轉速的的條件下離心5min，棄去沉淀，上層清液即為純化的絲素蛋白水溶液，所得到的絲素蛋白水溶液的濃度為6wt％；

(4)金納米粒子-絲素蛋白復合溶液的制備

將金納米粒子水溶液與純化的6wt％絲素蛋白水溶液以體積比1：1的比例均勻混合，即得到金納米粒子-絲素蛋白復合溶液。

優選的，將金納米粒子-絲素蛋白復合溶液置于-20℃的冰箱中冷凍，之后在-80℃的凍干機中進行凍干，即得到金納米粒子-絲素蛋白復合凍干粉末。

優選的，將3mL金納米粒子-絲素蛋白復合溶液澆鑄于成膜容器中，在50℃烘箱中干燥成膜,即得到金納米粒子-絲素蛋白復合薄膜。

優選的，將2mL金納米粒子-絲素蛋白復合溶液用去離子水稀釋到6mL，所得的稀釋復合溶液中絲素蛋白的濃度約為10mg/mL，在純凈干燥玻璃杯中加入3mL丙酮，隨后加入之前制備的6mL金納米粒子-絲素蛋白稀釋復合水溶液，將混合后的溶液在室溫下放置2小時，即形成凝膠。

為了解決上述技術問題，本發明提出的另一技術方案是：一種具有熒光性質的金納米粒子-絲素蛋白復合材料，上述的制備方法制備得到具有熒光性質的金納米粒子-絲素蛋白復合材料。

有益效果

本發明以天然蠶絲為原料，通過參雜化學濕法合成的熒光金納米粒子從而制備得到具有熒光性質的金納米粒子-絲素蛋白復合材料。該材料改善了以往熒光復合材料生物相容性差，有毒性等缺點，從而可以被應用到生物醫學領域。并且通過對該材料進行進一步后續加工，從而制備得到了具有熒光性質的金納米粒子-絲素蛋白復合薄膜和金納米粒子-絲素蛋白復合凝膠。

與現有技術相比，本發明具有如下特點：采用天然的絲素蛋白作為材料集體，通過參雜化學濕法合成的熒光金納米粒子從而制備得到金納米粒子-絲素蛋白復合物，方法簡單易行，綠色環保。利用牛血清白蛋白制備得到的熒光金納米粒子生物相容性好，與其他熒光材料，如量子點材料和有機熒光染料相比具有無毒健康，生物相容性好等優勢。而且所制備得到的金納米粒子-絲素蛋白復合材料也具有生物相容性好，無毒環保的性質，可以利用在生物印記、生物制品防偽、環保熒光墨水以及生物成像領域。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的作進一步說明。

圖1是純化絲素蛋白溶液的制備流程圖。

圖2是絲素蛋白溶液、金納米粒子溶液和金納米粒子-絲素蛋白混合溶液的熒光光譜。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面通過具體的實施例來具體說明本發明的技術方案。

實施例1：熒光金納米粒子的制備

將5mL氯金酸水溶液(10mmol/L)與5mL牛血清白蛋白水溶液(50mg/mL)均勻混合并在37℃下劇烈攪拌。兩分鐘后，向混合溶液中快速注入0.5mL氫氧化鈉水溶液(1mol/L)，并在37℃下持續攪拌12h。金納米粒子水溶液即制備完成。所制備得到的金納米粒子具有高強度穩定的熒光性質。

實施例2：脫膠蠶絲的制備

14個蠶繭(約7g)剪切成小細條狀，使其在1L 0.5wt％的碳酸鈉和1wt％的馬賽皂的混合水溶液中煮沸30min，煮沸過程中不斷攪拌以防止蠶繭細條粘結，煮沸完后將脫膠的蠶絲撈出并用凈水反復清洗。之后將脫膠蠶絲進行二次脫膠，重復之前煮沸過程，將其再次置于1L 0.5wt％的碳酸鈉和1wt％的馬賽皂的混合水溶液中煮沸30min以使蠶絲完全脫膠，將得到的脫膠蠶絲用凈水反復清洗干凈后置于干燥通風處過夜干燥。

實施例3：絲素蛋白水溶液的制備與純化

(1)絲素蛋白水溶液的制備：將2g脫膠蠶絲完全浸于10mL 9.3mol/L溴化鋰水溶液中，加蓋密封置于60℃烘箱中加熱4h，加熱完成后，即得到未純化的蠶絲溴化鋰溶液，為淡黃色粘稠狀溶液。將該蠶絲溴化鋰溶液轉移到12mL節流分子量為3500道爾頓的滲析袋中并在4℃的環境下進行滲析以出去溴化鋰，滲析用1L純凈水并伴隨緩慢攪拌，在滲析開始的1、4、8、12、24、48小時后換水，共6次。經滲析后，溶液中的溴化鋰被除去，絲素蛋白保留在在滲析袋中，最后可以得到體積約為30mL的絲素蛋白水溶液,所得的絲素蛋白水溶液濃度約為6wt％。

(2)絲素蛋白水溶液的純化：將絲素蛋白水溶液于4℃，10000轉速的的條件下離心5min，棄去沉淀，上層清液即為純化的絲素蛋白溶液。此法所得到的純化的絲素蛋白溶液濃度為約為60g/L。

圖1展示了純化絲素蛋白溶液的制備流程圖，從原始蠶繭出發，經過脫膠、溶解、滲析以及純化即可得到純化的蠶絲蛋白溶液。

實施例4：金納米粒子-絲素蛋白混合水溶液的制備

將5mL金納米粒子水溶液與5mL純化的絲素蛋白水溶液(60g/L)均勻混合即得到金納米粒子-絲素蛋白復合水溶液。

熒光光譜結果(圖2)表明：金納米粒子溶液和金納米粒子-絲素蛋白復合溶液在645納米和693納米處有特征峰。說明金納米粒子溶液和金納米粒子-絲素蛋白復合溶液在波長為405nm的紫外光下會呈現紅色。

實施例5：金納米粒子-絲素蛋白復合凍干粉的制備

將10mL金納米粒子-絲素蛋白混合水溶液置于-20℃的冰箱中冷凍，之后在-80℃的凍干機中進行凍干，最后得到金納米粒子-絲素蛋白復合凍干粉末。該凍干粉末具有良好的水溶性，并且波長為405nm的紫外光下會呈現紅色。

實施例6：金納米粒子-絲素蛋白復合薄膜的制備

將3mL金納米粒子-絲素蛋白復合水溶液澆鑄于成膜容器中，在50℃烘箱中干燥成膜,即得到金納米粒子-絲素蛋白復合薄膜，制備得到的薄膜在波長為405nm的紫外光下會呈現紅色。

實施例7：金納米粒子-絲素蛋白復合凝膠的制備

將2mL金納米粒子-絲素蛋白復合水溶液用去離子水稀釋到6mL，所得的稀釋混合溶液中絲素蛋白的濃度約為10mg/mL。在純凈干燥玻璃杯中加入3mL丙酮(純度>99％)，隨后加入之前制備的6mL金納米粒子-絲素蛋白稀釋混合水溶液，將混合后的溶液在室溫下放置2h，即得到金納米粒子-絲素蛋白復合凝膠。制備得到的凝膠在波長為405nm的紫外光下會呈現紅色

本發明的不局限于上述實施例所述的具體技術方案，凡采用等同替換形成的技術方案均為本發明要求的保護范圍。