Tecnología de extracción de proteínas de seda
(1) Cortar los capullos y eliminar las impurezas de los restos: eliminar las impurezas de las cáscaras de los capullos producidas en la granja de cría de gusanos de seda o los restos de la fábrica de carretes de seda y luego hervirlos en un álcali débil. solución de cierta concentración durante media hora, sacar el capullo de seda, enjuagarlo con agua varias veces y luego retorcerlo (desgomarlo).
②Hidrólisis: controle estrictamente las condiciones de reacción, como la temperatura, la proporción del licor, el tiempo y la concentración del disolvente. y detener la hidrólisis hasta que se forme el péptido.
③Filtración y purificación: Filtra impurezas y sustancias sólidas no completamente hidrolizadas.
④ Ajuste del valor de pH: utilice el ajustador del valor de pH para ajustar el valor de pH a aproximadamente 6,5 ~ 7,0.
⑤Concentración: Concentrar el hidrolizado ajustado al pH en un concentrador de membrana.
⑥Esterilización: (Si la solución concentrada de proteína hidrolizada se usa en alimentos, continúe la hidrólisis enzimática con preparaciones enzimáticas, deténgase cuando el peso molecular esté controlado en aproximadamente 300 ~ 800 y luego esterilice). Agregue una pequeña cantidad. de conservantes para prevenir el crecimiento de moho.
2. Indicadores técnicos y de calidad de los productos de péptidos de fibroína de seda.
El péptido de fibroína de seda también se llama polipéptido de seda. La estructura básica de su enlace polipeptídico es Rl, R2...R. ..es el grupo lateral de aminoácidos. El péptido de fibroína de seda contiene 17 tipos de aminoácidos, casi todos los cuales son necesarios para el cuerpo humano, especialmente los aminoácidos nutricionales (glicina, alanina, serina y tirosina) que son muy necesarios para la piel y el cabello humanos y representan el 50% de el total de aminoácidos es superior al 80%, lo que está fuera del alcance de otras proteínas hidrolizadas.
2.1 Indicadores técnicos: ① Aspecto: líquido transparente de color amarillo claro, inodoro, fácilmente soluble en agua. ② La prueba de biuret es positiva y el espectro de absorción UV tiene un fuerte pico de absorción en la longitud de onda de 200 ~ 240 nm. ③El valor de ph es 6 ~ 7. ④Peso específico (d 2.o)1.000~1.050 ⑨Contenido de proteína:>/14%. ⑥Aminoácidos: 17 tipos, que contienen más de 87 mg por ml. ⑦Contenido de cenizas: menos del 1%. (8) Los metales pesados mercurio, arsénico y plomo están por debajo de 65438 ± 0 ppm respectivamente. ⑨El número total de bacterias (piezas/m1) ≤ 10. ⑩E. coli, Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus no deben detectarse en las heces.
2.2 Indicadores de calidad: Los péptidos de fibroína de seda se extraen de la seda natural mediante un proceso especial. Por lo tanto, la composición y el contenido de aminoácidos son uno de los indicadores importantes para medir la calidad del producto; Los péptidos están estrechamente relacionados con su función de cuidado de la piel. [Editar este párrafo] Avances de la investigación sobre la modificación del material de fibroína de seda. La fibroína de seda es una proteína extraída de la seda. Tiene buena biocompatibilidad y puede convertirse en películas, geles, microcápsulas y otros materiales. Debido a sus propiedades físicas y químicas únicas, los materiales de fibroína de seda se han estudiado ampliamente en el campo de los materiales biomédicos, como materiales enzimáticos inmovilizados, sustratos de cultivos celulares, agentes de liberación sostenida de fármacos, materiales artificiales, etc. Para mejorar el rendimiento de la fibroína de seda y hacerla mejor utilizada en el campo de los biomateriales, en los últimos años, académicos nacionales y extranjeros han modificado químicamente la fibroína de seda mediante diferentes métodos y han logrado algunos nuevos resultados de investigación. Este artículo revisa la mejora de las propiedades físicas y químicas, como las propiedades mecánicas y la estabilidad térmica de los materiales de fibroína de seda mediante modificación. Cambio de la tasa de liberación de fármacos a partir de materiales de fibroína de seda; informe de investigación sobre la anticoagulación y la regulación del crecimiento celular de los materiales de fibroína de seda. La película de fibroína de seda es el material de fibroína de seda más antiguo y más estudiado y se obtiene secando una solución de fibroína de seda. La fragilidad de la película de fibroína de seda después del tratamiento de insolubilización es el mayor defecto de la película de fibroína de seda. La razón principal por la que la película de fibroína de seda se vuelve quebradiza después del tratamiento de insolubilización es que la longitud del enlace C-N del enlace peptídico -Co-NH- en la cadena peptídica de la macromolécula de proteína de fibroína de seda es de 0,132 nm, que es ligeramente más corta que la del enlace C-N simple. Enlace de 0,147 nm y más corto que C=N. El doble enlace es ligeramente más largo, de 0,127 nm. Durante el proceso de insolubilización, la estructura de la fibroína de seda cambia de espirales aleatorias a una estructura β. Después de la modificación estructural de la fibroína de seda, se pueden formar una gran cantidad de enlaces de hidrógeno entre cadenas laterales, entre cadenas laterales y cadenas principales, y entre moléculas, lo que resulta en una gran cantidad de puntos de entrecruzamiento secundarios, lo que dificulta la seda. Las macromoléculas de fibroína se mueven, lo que da como resultado que la membrana de fibroína de seda tenga poca suavidad, alargamiento y elasticidad. Se han realizado muchos estudios para mejorar y mejorar las propiedades mecánicas de las membranas de fibroína de seda mediante métodos como la mezcla, el injerto y la reticulación.
1.1 * *Modificación híbrida
Freddi et al. informaron las propiedades de la fibroína de seda/celulosa * * * membranas híbridas. La adición de celulosa puede cambiar efectivamente las propiedades mecánicas de la membrana de mezcla.
La resistencia a la rotura por tracción aumenta linealmente con el contenido de celulosa a partir del 20%, y el alargamiento de rotura aumenta rápidamente entre el 20% y el 40%, para luego estabilizarse. La flexibilidad de la película mixta que contiene un 40% de celulosa es aproximadamente 10 veces mayor que la de la película de fibroína de seda pura. * * * La mejora de la flexibilidad de la película mezclada se ve favorecida por varios factores, como la influencia de las propiedades mecánicas de la celulosa * * * La película mezclada tiene una fuerte higroscopicidad, una película de fibroína de seda pura y un aumento en el contenido de agua; propicio para mejorar la elasticidad de la película de fibroína de seda. Flexibilidad; influencia de la interacción entre las cadenas de fibroína de seda adyacentes y las cadenas de celulosa en la región amorfa.
Li Mingzhong et al. informaron sobre el estudio de las propiedades mecánicas de las membranas de mezcla de fibroína de seda y poliuretano* * *. Los resultados muestran que a medida que aumenta la proporción de poliuretano, el alargamiento de rotura de la membrana de mezcla de fibroína de seda/poliuretano* * * aumenta significativamente. Cuando la proporción de poliuretano es superior al 40%, la tasa de crecimiento del alargamiento a la rotura se acelera significativamente. Cuando la relación de mezcla * * * es 50:50, el alargamiento de rotura aumenta del 60,2% al 226,2%. El poliuretano previene los enlaces de hidrógeno excesivos entre los segmentos de macromoléculas proteicas de la fibroína de seda, reduce la cristalinidad de la fibroína de seda y aumenta el número de segmentos que se pueden extender libremente. Además, la cadena principal de poliuretano tiene buena flexibilidad, por lo que la suavidad y elasticidad de la película híbrida * * * es significativamente mejor que la de la película de fibroína de seda pura.
Recientemente, académicos estadounidenses también han realizado experimentos en esta área. El óxido de polietileno (PEO) es un polímero con buena biocompatibilidad. Agregaron diferentes proporciones de soluciones de PEO a soluciones de fibroína de seda de alta concentración (8%) para hacer * * * membranas mixtas. Se descubrió que agregar un 2% de PEO puede aumentar la resistencia de la membrana, mientras que la resistencia de la membrana disminuye en otras concentraciones. Este fenómeno puede explicarse por la separación de fases. La separación de fases de PEO y fibroína de seda previene la interacción entre la fibroína de seda y PEO.
Cuando el contenido de PEO alcanza el 40%, * * * el alargamiento a la rotura de la película de mezcla se puede aumentar de 65438±0,9% a 65438±0,9%, por lo que la adición de PEO ayuda a mejorar la seda. fibroína de flexibilidad. Además, el estudio también encontró que el PEO se extrae fácilmente de la membrana mixta, lo que facilita el control de la porosidad y la rugosidad de la superficie de la membrana.
Wang Wangxia y otros estudiaron el método de preparación y el rendimiento de la membrana híbrida de fibroína de seda/polivinilpirrolidona (PVP)***. Los resultados muestran que mezclar PVP con fibroína de seda * * * puede aumentar el alargamiento, la higroscopicidad y la permeabilidad al aire de la película mezclada, y mejorar el rendimiento y el efecto de aplicación de la película protectora para heridas de fibroína de seda. * * *La resistencia de la membrana híbrida disminuye a medida que aumenta el contenido de PVP. Esto se debe a que la PVP tiene una estructura completamente amorfa y sus moléculas están curvadas aleatoriamente, por lo que la resistencia de la película mezclada se reduce al agregar PVP. * * *El alargamiento de la película de mezcla comienza a disminuir a medida que aumenta la proporción de PVP. Cuando PVP/SF es 2:8, el alargamiento es pequeño, sólo 65438±03%. Luego el alargamiento aumenta gradualmente. Cuando PVP/SF es aproximadamente 3:7, el alargamiento es mayor y alcanza más del 18%.
La investigación sobre la fibroína de seda* * * las películas mixtas incluyen fibroína de seda/alginato de sodio* * * película mixta [5], fibroína de seda/gelatina [6], etc., todas las cuales mejoran la seda en diversos grados La resistencia y elasticidad de la película.
Modificación química del injerto de 1.2
Desde los años 1980 hasta los años 1990, se realizaron muchas investigaciones sobre la modificación del injerto de fibroína de seda. Liu Jianhong et al. utilizaron sal de cerio tetravalente como iniciador para iniciar el injerto de 2-hidroxi-4-acriloiloxibenzofenona (HAOBP) en fibra de fibroína de seda, lo que mejoró la estabilidad a los rayos UV de la fibra de fibroína de seda, pero redujo en gran medida la mejora de sus propiedades mecánicas. [7]. Para resolver este problema, Liu Jianhong continuó utilizando el método de "polimerización sin iniciador" para injertar HAOBP en la superficie de fibras de fibroína de seda. Los resultados muestran que este método de polimerización por injerto es un método de modificación más eficaz. La estabilidad térmica y la estabilidad a los rayos UV de las fibras de fibroína de seda injertadas con HAOBP al 0,6% mejoran significativamente, pero las propiedades mecánicas no se reducen.
Tsukada et al. estudiaron los cambios en las propiedades físicas de las fibras de fibroína de seda injertadas con metacrilonitrilo. Los resultados muestran que la adición de metacrilonitrilo injertado reduce el módulo de tracción de la fibra de fibroína de seda, lo que indica que la reacción del injerto hace que la fibra de fibroína de seda sea más suave y elástica.
Además del injerto químico de seda doméstica, también existen otros polímeros para injerto de seda. Tsukada et al. estudiaron la modificación química de la seda tussah con anhídrido ácido. La seda Tussah se trató previamente con LiSCN y luego se amidaó con anhídrido ácido.
Curiosamente, independientemente del pretratamiento con LiSCN o de la modificación por amidación, las propiedades físicas y el comportamiento térmico del polímero * * * permanecen casi sin cambios, pero el contenido de agua aumenta después del pretratamiento, mientras que el contenido de agua disminuye linealmente después de la modificación por amidación. Estas propiedades de la seda tussah proporcionan una amplia gama de aplicaciones para reacciones de polimerización, lo que convierte a la seda tussah en un posible biomaterial.
1.3 Reticulación química Lu Shenzhou et al. utilizaron epiclorhidrina y polietilenglicol (PEG) como materias primas, y reaccionaron bajo catálisis alcalina para obtener polietilenglicol glicidil éter (PEGO), que se utilizó para preparar seda. Agente reticulante para membranas proteicas. A medida que aumenta el contenido de PEG, la resistencia a la rotura por tracción y el módulo de Young de la película disminuyen, y el alargamiento de rotura aumenta en comparación con la película de fibroína de seda pura, las propiedades mecánicas de la película mejoran significativamente. Min Sijia y otros descubrieron que el gel de fibroína de seda (CFG) preparado con éter diglicidílico como agente reticulante tiene buena resistencia y flexibilidad. Dependiendo de las condiciones de fabricación, la resistencia a la compresión puede ser superior a 100 g/mm2 y la tasa de deformación por compresión puede ser superior al 60 %. Además, la resistencia mecánica del material está relacionada con la concentración de la solución acuosa de fibroína de seda. La resistencia y la tasa de deformación de la solución acuosa de fibroína de seda con una fracción de masa del 4% son menores que las de un gel con una fracción de masa del 7%. Esto se debe a que cuando la concentración de proteína de la fibroína de seda es baja, los puntos de unión de la rejilla tridimensional son escasos y, por tanto, la resistencia del gel es baja. Para obtener CFG de alta resistencia, además de un agente reticulante adecuado, también se requiere una concentración adecuada de solución acuosa de fibroína de seda. Min Sijia et al. probaron el efecto de materiales de fibroína de seda modificados con amidación sobre las propiedades de adsorción y liberación de compuestos iónicos. Los resultados muestran que el punto isoeléctrico de la fibroína de seda modificada es de aproximadamente pH=6, mientras que el de la fibroína de seda natural es de aproximadamente pH=4. En comparación con las membranas de fibroína de seda no modificadas, la capacidad de adsorción de las membranas de fibroína de seda porosas modificadas para compuestos catiónicos se reduce, mientras que la capacidad de adsorción de compuestos aniónicos aumenta. El material de fibroína de seda porosa modificada tiene una mayor capacidad de liberación para compuestos catiónicos, pero para aniónicos. compuestos La cantidad de compuesto liberado se reduce significativamente. Por lo tanto, se cree que la modificación por amidación de carboxilo puede cambiar las propiedades de adsorción y liberación de compuestos iónicos hasta cierto punto.
Además, al reticular membranas de fibroína de seda con quitina se puede obtener una red polimérica semipermeable con buena sensibilidad a los iones y al pH, y se espera que se utilice como tendones artificiales. Alguien utilizó una película de fibroína de seda de quitosano reticulada que contenía magnetosomas como material de liberación sostenida del fármaco para regular la liberación del fármaco y las características de respuesta magnética del 5-fluorouracilo. Los resultados muestran que la eficiencia de liberación e interceptación de la membrana de fibroína de seda de quitosano reticulada es mucho mejor que la de las microesferas de quitina pura, y la liberación de 5-flúor disminuye con el aumento de la concentración de glutaraldehído. La metacriloil acriloil fosfocolina (MPC) es un polímero de fosfocolina recientemente sintetizado. Puede prevenir eficazmente la coagulación sanguínea incluso sin anticoagulantes. Cuando los polímeros MPC se injertan en cadenas moleculares de fibroína de seda, se pueden observar bien las propiedades anticoagulantes de los injertos. Furuzono et al. injertaron fibroína de seda y polímeros MPC con isocianato de metacriloilo (MOI). Al medir la capacidad de adhesión de las plaquetas en MPC-SF, la cantidad de adhesión de las plaquetas se redujo significativamente en comparación con el protofilamento SF. Se puede observar que se han mejorado las propiedades anticoagulantes de la fibroína de seda modificada por MPC [17].
Además, la fibroína de seda sulfatada también tiene buenas propiedades antihemaglutinantes. Se obtiene haciendo reaccionar proteína de seda con ácido sulfúrico o ácido clorosulfónico en una solución de pirimidina. La fibroína de seda sulfatada puede prolongar el tiempo de coagulación de la sangre y, con el aumento de los grupos sulfato, las propiedades anticoagulantes también mejoran significativamente. Los materiales de fibroína de seda tienen buena biocompatibilidad y pueden usarse como sustratos de cultivo celular. Para mejorar las funciones de los materiales de fibroína de seda, como propiedades antibacterianas y bacteriostáticas más fuertes, además de regular la tasa de crecimiento de las células, algunos estudios han probado métodos de modificación química.
5.1 Injerto de fibroína de seda/oligosacárido
El quitooligosacárido N-acetilénico (NACOS) contiene más de 6 unidades de monosacárido y tiene fuertes propiedades antibacterianas y antitumorales características. Después de trasplantarlo a fibroína de seda y cultivarlo en un injerto de oligosacárido de quitosano/fibroína de seda al 0,6 % (NACOS-SF) durante 24 horas, se descubrió que el número de células de E. coli en el injerto no aumentó significativamente, lo que significa que el número de E. El azúcar (COS) juega un papel importante. Por tanto, NACOS-SF puede tener un efecto antibacteriano y bacteriostático.
Recientemente, Gotoh et al. informaron sobre el estudio de injertos de lactosa/fibroína de seda como materiales de soporte para la adhesión de hepatocitos. Utilizaron cloruro cianúrico (CY) para injertar lactosa en la cadena principal de fibroína de seda. La solución resultante se convirtió en una membrana y se cultivaron hepatocitos en la membrana. Los resultados mostraron que la capacidad de adhesión celular era 8 veces mayor que la de la membrana de fibroína de seda pura y comparable a la del colágeno.
Después de 2 días de cultivo, la monocapa formada por los hepatocitos que recubrían el injerto era ligeramente más lisa y gruesa que el colágeno, lo que favorecía más el cultivo de hepatocitos.
5.2 Injerto de fibroína de seda/polímero
Para evaluar la hidrofilicidad del material, Gotoh et al. midieron el contenido de agua y el ángulo de contacto de PEG-SF y SF respectivamente. Los resultados mostraron que el contenido de humedad del PEG-SF era del 380%, mientras que el del SF era sólo del 32%. Esto también muestra que la cadena de PEG hidrófila está ramificada a la cadena de fibroína de seda, lo que aumenta el contenido de agua, mejorando así la hidrofilicidad del material de fibroína de seda.
La mejora de la hidrofilicidad puede provocar otros cambios en el rendimiento. Gotoh et al. utilizaron PEG-SF como medio de cultivo celular para comparar la tasa de crecimiento de las células con la del SF. Los resultados mostraron que el número de células cultivadas en SF aumentó significativamente con el tiempo, mientras que el de PEG-SF se mantuvo casi sin cambios. A partir de la baja adsorción y tasa de crecimiento de PEG-SF en las células, se puede concluir que PEG-SF puede regular el número y la tasa de crecimiento de la adhesión celular.
La fibroína de seda modificada con ácido poliláctico puede mejorar la interacción entre los osteoblastos y las membranas modificadas, y promover la adhesión y proliferación celular.
De manera similar, la adhesión a los fibroblastos se vio afectada mediante la modificación química de la arginina. Los materiales de fibroína de seda tienen buena biocompatibilidad y amplias perspectivas de aplicación en materiales biomédicos. Sin embargo, las propiedades mecánicas de los materiales de fibroína de seda pura aún no han alcanzado los requisitos prácticos, y la investigación sobre su modificación es un buen camino.
2065 438+0165438 En 2004, el Laboratorio Estatal Clave de Biología Genómica de Gusanos de Seda de la Universidad Southwest obtuvo glándulas de seda vacías al desactivar el gen Fib-H. Los gusanos de seda escupen proteínas de seda sintéticas, y las personas pueden ser capaces de hacerlo. usar seda sintética y confeccionar ropa.