一种多功能桑蚕丝胶蛋白及其在生物医学材料中的应用

1.本发明属于生物医学技术领域。更具体地，涉及一种多功能桑蚕丝胶蛋白及其在生物医学材料中的应用。


背景技术：

2.蚕茧主要由丝胶蛋白和丝素蛋白组成，丝胶蛋白包裹在丝素纤维的表层。丝胶蛋白是一种天然的大分子蛋白，具有良好的生物相容性和一系列独特的生物学性能，是一种性能卓越的天然生物材料，被广泛应用于织物后整理涂层、化妆品添加剂、食品、医药功能性生物材料等领域。虽然丝胶蛋白的综合性能评价较好，但直接从蚕茧中分离提取得到的丝胶蛋白存在抗氧化性能和紫外吸收性能不高的缺陷，这在一定程度上限制了桑蚕丝胶蛋白的应用，也限制了蚕丝产业的进一步发展。为了赋予桑蚕丝胶蛋白更高的附加值，大量科研工作者致力于桑蚕丝胶蛋白功能化改性的研究，如具有抗氧化性能的桑蚕丝胶蛋白、具有优良紫外吸收性能的桑蚕丝胶蛋白、具有荧光性能的桑蚕丝胶蛋白等。
3.目前，添食法在桑蚕丝胶蛋白的功能化改性方法中展现出了巨大的优势，该方法一般是在桑叶中加入添加剂后，用于桑蚕的喂养，简单高效，节能环保，生物安全性高，还有利于规模化生产，可在源头改良蚕丝的性能，但传统添加剂多为量子点、金属纳米簇和有机荧光染料等，这些添加剂基本上都需要通过复杂苛刻的工艺来制备，不仅可能会影响环境，还很可能会影响桑蚕的正常生长，这些缺陷严重影响了添食法在桑蚕丝胶蛋白的功能化改性中的开发应用，因此，寻找一种对环境友好、制备工艺简便的添加剂，对添食法在桑蚕丝胶蛋白的功能化改性中的开发应用具有相当的必要性。
4.槲皮素(quercetin)是具有多种生物活性的黄酮醇类化合物，化学式为c
15h10
o7，广泛存在于许多植物的茎皮、花、叶、芽、种子、果实中，多以苷的形式存在，如芦丁、槲皮苷、金丝桃苷等，经酸水解可得到槲皮素。其中，在荞麦的杆和叶、沙棘、山楂、洋葱中含量较高。槲皮素在许多食物中也均有发现，如洋葱、细葱、芦笋、卷心菜、芥菜、青椒、菊苣、葡萄柚、莴苣、山楂、苹果、芒果、李子、萝卜、黑加仑、马铃薯和菠菜等。另外，约有100多种药用植物(如槐米、侧柏叶、高良姜、款冬花、桑寄生、三七、银杏、接骨木等)中均含有此成分。基于其来源广泛、提取工艺简单、对环境友好等优势，槲皮素的应用逐渐成为了当今研究热点，如：槲皮素在植物衰老促进剂中的应用，又如：槲皮素在制备治疗线粒体功能障碍相关疾病药物中的应用。但目前尚未见将槲皮素作为添加剂用于桑蚕喂养方面的相关研究报道。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术的不足，提供一种多功能桑蚕丝胶蛋白及其在生物医学材料中的应用，实现对桑蚕丝胶蛋白的功能化改性。
6.本发明的第一目的是提供一种多功能桑蚕丝胶蛋白。
7.本发明的第二目的是提供上述多功能桑蚕丝胶蛋白在作为和/或制备日用化工材料和/或生物医学材料和/或食品中的应用。
8.本发明上述目的通过以下技术方案实现：
9.本发明提供了一种多功能桑蚕丝胶蛋白，采用如下方法制备得到：采用表面施加有槲皮素混悬液的桑叶喂养桑蚕，再去除桑蚕吐丝所得蚕茧中的蚕蛹，得到茧壳；将丝胶从茧壳上分离开来，即得到所述多功能桑蚕丝胶蛋白。
10.本发明通过向桑蚕喂食槲皮素，其吐丝得到的蚕茧经过一系列处理后，得到的多功能桑蚕丝胶蛋白不仅具备桑蚕丝胶蛋白本身良好的生物相容性和生物可降解性，还具有较佳的抗氧化性能和紫外吸收性能，且能在波长为365nm激光的激发下发出明亮的黄绿色光，具有高强度的荧光性能，可在临床上用于标记追踪，可被制备成为性能较佳的生物医学材料，如生物敷料、药物缓释载体材料、体内成像材料、检测分析材料等。
11.优选地，所述施加包括涂覆、喷洒等。
12.优选地，喂养阶段控制槲皮素的用量不变，同时保证桑蚕可自由采食。
13.优选地，所述桑蚕为五龄第二天至五龄第七天的桑蚕。
14.最优选地，所述桑蚕为五龄第三天的桑蚕。
15.优选地，槲皮素与桑叶的质量比为1～5：100。
16.最优选地，槲皮素与桑叶的质量比为2.5：100。
17.优选地，槲皮素混悬液的浓度为0.3～0.5g/ml。
18.最优选地，槲皮素混悬液的浓度为0.33g/ml。
19.优选地，所述分离为将茧壳浸泡在水中，再在60～100℃下加热1～4h。
20.最优选地，所述分离为将茧壳浸泡在蒸馏水中，再在90℃下加热1h。
21.优选地，所述茧壳与水的质量体积比为1g：10～100ml。
22.最优选地，所述茧壳与水的质量体积比为1g：50ml。
23.优选地，所述分离后还要进行过滤、冻干。
24.进一步优选地，所述过滤为真空抽滤。
25.进一步优选地，所述过滤采用的是400～500目的滤布。
26.进一步优选地，所述冻干为在-70～-50℃下干燥40～60h。
27.最优选地，所述冻干为在-55℃下干燥50h。
28.本发明通过向桑蚕喂食槲皮素，其吐丝得到的蚕茧经过一系列处理后，得到的多功能桑蚕丝胶蛋白不仅具备桑蚕丝胶蛋白本身良好的生物相容性和生物可降解性，还具有较佳的抗氧化性能和紫外吸收性能，且能在波长为365nm激光的激发下发出明亮的黄绿色光，具有高强度的荧光性能，可在临床上用于标记追踪，可被制备成为性能较佳的生物医学材料，如生物敷料、药物缓释载体材料、体内成像材料、检测分析材料等，因此，上述多功能桑蚕丝胶蛋白在作为和/或制备日用化工材料和/或生物医学材料和/或食品中的应用均应在本技术的保护范围之内。
29.优选地，所述生物医学材料包括生物敷料、药物缓释载体材料、体内成像材料、检测分析材料中的一种或几种。
30.优选地，所述日用化工材料包括但不限于防晒护肤品、美白护肤品。
31.本发明具有以下有益效果：
32.1、本发明通过向桑蚕喂食槲皮素，其吐丝得到的蚕茧经过一系列处理后，得到的多功能桑蚕丝胶蛋白不仅具备桑蚕丝胶蛋白本身良好的生物相容性和生物可降解性，还具
有较佳的抗氧化性能和紫外吸收性能，且能在波长为365nm激光的激发下发出明亮的黄绿色光，具有高强度的荧光性能，可在临床上用于标记追踪，可被制备成为性能较佳的生物医学材料，如生物敷料、药物缓释载体材料、体内成像材料、检测分析材料等。
33.2、本发明采用添食法对桑蚕丝胶蛋白进行功能化改性，该方法简单高效，节能环保，生物安全性高，还有利于规模化生产。
附图说明
34.图1是空白组和实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白的抗氧化性能测定结果。
35.图2是空白组和实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白在uva 320～400nm波段内的紫外吸收曲线。
36.图3是空白组和实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白在日光下的照片。
37.图4是空白组和实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白制成溶液后，在日光下的照片。
38.图5是空白组和实施例1～3冻干所得的多功能桑蚕丝胶蛋白在激发波长为365nm时的荧光图。
39.图中，control代表空白组(饲喂未喷洒槲皮素混悬液的桑叶)；qr-1.0％代表槲皮素与桑叶的质量比为1：100，即实施例1所得多功能桑蚕丝胶蛋白；qr-2.5％代表槲皮素与桑叶的质量比为2.5：100，即实施例2所得多功能桑蚕丝胶蛋白；qr-5％代表槲皮素与桑叶的质量比为5：100，即实施例3所得多功能桑蚕丝胶蛋白。
具体实施方式
40.以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
41.除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
42.桑蚕，来自华南农业大学动物科学学院蚕丝科技系。
43.槲皮素，购自圣青常青藤生物科技有限公司。
44.实施例1一种多功能桑蚕丝胶蛋白
45.所述多功能桑蚕丝胶蛋白采用如下方法制备得到：
46.采用表面喷洒有0.3g/ml槲皮素混悬液的桑叶喂养五龄第三天的桑蚕(喂养阶段控制槲皮素的用量不变，同时保证桑蚕可自由采食)，控制槲皮素与桑叶的质量比为1：100，再去除桑蚕吐丝所得蚕茧中的蚕蛹，得到茧壳；将茧壳浸泡在蒸馏水中，再在60℃条件下加热4h，用400目的滤布进行真空抽滤，最后将滤液在-50℃条件下干燥60h，即得到所述多功能桑蚕丝胶蛋白。
47.实施例2一种多功能桑蚕丝胶蛋白
48.所述多功能桑蚕丝胶蛋白采用如下方法制备得到：
49.采用表面喷洒有0.33g/ml槲皮素混悬液的桑叶喂养五龄第三天的桑蚕(喂养阶段控制槲皮素的用量不变，同时保证桑蚕可自由采食)，控制槲皮素与桑叶的质量比为2.5：100，再去除桑蚕吐丝所得蚕茧中的蚕蛹，得到茧壳；将茧壳浸泡在蒸馏水中，再在90℃条件
下加热1h，用400目的滤布进行真空抽滤，最后将滤液在-55℃条件下干燥50h，即得到所述多功能桑蚕丝胶蛋白。
50.实施例3一种多功能桑蚕丝胶蛋白
51.所述多功能桑蚕丝胶蛋白采用如下方法制备得到：
52.采用表面喷洒有0.5g/ml槲皮素混悬液的桑叶喂养五龄第三天的桑蚕(喂养阶段控制槲皮素的用量不变，同时保证桑蚕可自由采食)，控制槲皮素与桑叶的质量比为5：100，再去除桑蚕吐丝所得蚕茧中的蚕蛹，得到茧壳；将茧壳浸泡在蒸馏水中，再在100℃条件下加热4h，用500目的滤布进行真空抽滤，最后将滤液在-70℃条件下干燥40h，即得到所述多功能桑蚕丝胶蛋白。
53.实验例1抗氧化性能的测定
54.根据总抗氧化能力检测试剂盒(产自南京建成生物技术有限公司)说明书的方法，采用总抗氧化能力检测试剂盒对实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白和空白组(饲喂未喷洒槲皮素混悬液的桑叶)所得桑蚕丝胶蛋白的抗氧化性能进行测定。试剂盒主要原理为：抗氧化物质能使fe
3
还原成fe
2
，后者可与菲啉类物质形成稳固的络合物，再在37℃条件下水浴30min，然后在520nm处测定其吸光度，即可根据吸光度的结果计算得到空白组和实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白的总抗氧化能力。
55.测定结果如图1所示，由图1可知，实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白的抗氧化能力均显著优于空白组，表明本发明通过向桑蚕喂食槲皮素，其吐丝得到的蚕茧经过一系列处理后，得到的多功能桑蚕丝胶蛋白均具有较佳的抗氧化性能。且当槲皮素与桑叶的质量比为5：100(实施例3)时，多功能桑蚕丝胶蛋白的抗氧化性能达到最佳。
56.实验例2紫外吸收性能的测定
57.采用紫外-可见分光光度计(uv-2550，岛津)对实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白和空白组(饲喂未喷洒槲皮素混悬液的桑叶)所得桑蚕丝胶蛋白的紫外吸收性能进行测定。
58.测定得到的紫外吸收曲线如图2所示，由图2可知，实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白在uva320～400nm波段内的紫外吸收性能显著优于空白组所得桑蚕丝胶蛋白，表明本发明通过向桑蚕喂食槲皮素，其吐丝得到的蚕茧经过一系列处理后，得到的多功能桑蚕丝胶蛋白均具有较佳的紫外吸收性能。且当槲皮素与桑叶的质量比为2.5：100(即实施例2)时，多功能桑蚕丝胶蛋白的紫外吸收性能达到最佳。
59.实验例3荧光性能的测定
60.将空白组和实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白分别置于日光下拍照，照片见图3，由图3可知，空白组在日光下呈乳白色块状，实施例1～3均呈淡黄绿色块状。可见，相较于未喂食槲皮素的桑蚕，本发明向桑蚕喂食槲皮素，其吐丝得到的蚕茧经过一系列处理后，得到的多功能桑蚕丝胶蛋白颜色发生了显著变化。
61.将空白组和实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白分别配制成5mg/ml的多功能桑蚕丝胶蛋白溶液，再分别置于日光下拍照，照片见图4，由图4可知，空白组在日光下呈无色澄清透明状，实施例1～3均呈淡绿色澄清透明状。可见，相较于未喂食槲皮素的桑蚕，本发明向桑蚕喂食槲皮素，其吐丝得到的蚕茧经过一系列处理后，得到的多功能桑蚕丝胶蛋白颜色发生了显著变化。
62.将空白组和实施例1～3所得多功能桑蚕丝胶蛋白分别在uvp凝胶成像系统(bio-rad公司，美国)中观察其在激发波长为365nm时的荧光，得到的荧光图如图5所示，由图5可知，空白组的多功能桑蚕丝胶蛋白在uvp凝胶成像系统中呈现出蓝白色的自荧光，实施例1～3均呈现出明亮的黄绿色荧光，可见，通过向桑蚕喂食槲皮素，其吐丝得到的蚕茧经过一系列处理后，得到的多功能桑蚕丝胶蛋白在波长为365nm激光的激发下发出明亮的黄绿色光，具有高强度的荧光性能，可在临床上用于标记追踪，可被制备成为性能较佳的生物医学材料，如生物敷料、药物缓释载体材料、体内成像材料、检测分析材料等。
63.综上，本发明通过向桑蚕喂食槲皮素，其吐丝得到的蚕茧经过一系列处理后，得到的多功能桑蚕丝胶蛋白不仅具备桑蚕丝胶蛋白本身良好的生物相容性和生物可降解性，还具有较佳的抗氧化性能和紫外吸收性能，且能在波长为365nm激光的激发下发出明亮的黄绿色光，具有高强度的荧光性能，可在临床上用于标记追踪，可被制备成为性能较佳的生物医学材料，如生物敷料、药物缓释载体材料、体内成像材料、检测分析材料等。
64.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。