[發明專利]一種生物纖維及其制備方法和濕法紡絲裝置

有效

• 申請號: 202110572086.5
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113136628B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 劉凱;張洪杰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: D01D1/02
• 分類號: D01D1/02;D01D4/02;D01D5/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 潘穎

本發明涉及生物力學纖維制備技術領域，特別涉及一種生物纖維及其制備方法和濕法紡絲裝置。制備方法包括：將核酸、金屬離子與水混合均勻，配制成紡絲核酸原液；將紡絲核酸原液裝入注射器中，并在注射器出口端連接點膠針頭；將紡絲核酸原液經點膠針頭出口擠入含有金屬離子的凝固浴中，收集生物纖維。本發明提供了核酸分子作為紡絲原料，同時結合不同針頭內徑的點膠針頭，通過原液及凝固浴中離子種類、成分及濃度調節，可制備不同尺寸和力學性能的核酸生物纖維。本發明所制備的核酸生物纖維的力學性能明顯優于許多其它生物纖維，開拓了生物纖維材料在醫療以及力學場所等方面的應用；本發明的核酸生物纖維可應用于運動蹦床、救援繩、防刺手套等領域。

技術領域

本發明涉及生物力學纖維制備技術領域，特別涉及一種生物纖維及其制備方法和濕法紡絲裝置。

背景技術

近幾十年來，基于高性能力學纖維的研究受到越來越多的關注。生物纖維具有優良的生物相容性、重量輕、強度高，在生物醫學、力學應用等領域有著廣泛的應用前景。蜘蛛絲蛋白是自然界中具有代表性的力學結構蛋白，它含有非晶態片段和剛性晶體結構域，分別具有較高的延展性和優越的斷裂應力。然而，由于蜘蛛同類相食，天然蜘蛛絲的產量受到限制，很難通過蛋白重組表達獲得優異的性能。此外，纖維素是另一種典型的生物力學材料。在纖維內部，平行的多條纖維素鏈通過超分子相互作用聚集成微纖絲，形成晶體結構和非晶結構域。纖維素具有較高的強度和模量，但延展性和韌性不理想。除了纖維素和蜘蛛絲外，還有許多生物大分子作為潛伏的機械纖維宿主材料，如核酸、膠原蛋白等。這些不同的分子組成和結構單元為開發新型機械纖維提供了可能。

DNA是遺傳信息載體，是由四種堿基(鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(a)、胸腺嘧啶(T))組成的聚陰離子生物大分子，它們通過磷酸二酯鍵連接在脫氧核糖糖上。Watson和Crick揭示了DNA分子的雙螺旋結構特征，具有熱力學穩定性和周期性規則大小。在DNA分子內部，內部疏水性堿基通過二重或三重氫鍵相互配對特異性(A與T、G與C)，相鄰堿基對之間的π-π堆疊作用穩定了DNA的整個螺旋結構。在螺旋結構的外部，豐富的負電荷的親水磷酸基團可以輕易地通過靜電結合各種金屬離子或其他帶電荷的基團。DNA分子水平上的微觀力學研究也證明了其優異的性能。因此，DNA有望應用于高強力學性能纖維的制備。目前，還未有將DNA作為纖維原料的報道。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種生物纖維及其制備方法和濕法紡絲裝置。本發明制備得到的核酸纖維具有優異的力學性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種生物纖維的制備方法，包括如下步驟：

A)將核酸、金屬離子與水混合均勻，配制成紡絲核酸原液；

B)將紡絲核酸原液裝入注射器中，并在注射器出口端連接點膠針頭；

C)將紡絲核酸原液經點膠針頭出口擠入含有金屬離子的凝固浴中，收集生物纖維。

本發明將紡絲液通入醇/水體系凝固浴，在金屬離子及醇類作用下，成型并通過收集輥收集得到纖維。

在本發明中，核酸的原料選自但不限于小牛胸腺DNA、三文魚DNA、鯡魚DNA、環形質粒DNA、M13噬菌體DNA、固相合成單鏈DNA。

作為優選，紡絲核酸原液中核酸的濃度為1～50mg/mL；

優選地，紡絲核酸原液中核酸的濃度為5～20mg/mL；

在本發明提供的具體實施例中，紡絲核酸原液中核酸的濃度為10mg/mL；

在本發明中，紡絲核酸原液中的金屬離子選自但不限于鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋇、錳、鈷、鋅、鎳、銅、稀土離子。