甲基丙烯酸酐改性明膠

1、膠原蛋白的乙烯基化改性研究合成革111班：楊波 指導教師：徐娜（陜西科技大學資源與環(huán)境學院 陜西 西安 710021）摘要：本論文研究的主要內(nèi)容是對膠原蛋白進行乙烯基化接枝改性，使膠原蛋白具有可反應性。接枝改性所用的單體甲基丙烯酸酐是一種較強的酯化劑,其通過與膠原蛋白上的氨基反應引入酰胺鍵，新的官能團能與超細纖維合成革基布產(chǎn)生化學交聯(lián)，并構成一個穩(wěn)定的體系從而實現(xiàn)膠原蛋白修飾超纖合成革基布的目的。本文通過研究甲基丙烯酸酐對于膠原蛋白的改性，利用Habeeb法定量修飾自由氨基，從而得出乙烯基化膠原蛋白的取代度。研究表明，當膠原蛋白分子量一定時，隨甲基丙烯酸酐加入量的增大，乙烯基化膠原蛋白的取代度

2、也隨之增大。 關鍵詞：超細纖維合成革，改性膠原蛋白，乙烯基化The Research of Vinyl-Modified CollagenABSTRACT：The main content of this thesis is to be vinyl collagen grafted, the collagen protein having reactivity. Methacrylic anhydride graft-modified monomer employed is a strong esterifying agent, which by reaction with the amino

3、 group of collagen is introduced into an amide bond. The new functional group with microfiber synthetic leather fabric chemical cross-linking, and constitute a stable system in order to achieve a modified collagen microfiber synthetic leather fabric purposes. By studying methacrylic anhydride modifi

4、ed for collagen,The degree of methacrylation was measured using the Habeeb Method by quantifying the modification of amino groups.Studies show that when the same molecular weight of collagen , with the addition of methacrylic anhydride increases, vinyl-modified collagen also increases the degree of

5、substitution ; when the amount of methacrylic anhydride is the same. KEY WORDS:microfiber synthetic leather, modified collagen, vinyl 1前言 天然皮革中膠原纖維之間存在較多空隙，膠原分子鏈上大量的親水基團，賦予了天然皮革優(yōu)良的透水汽性和透濕性能，這是現(xiàn)今其它合成革所不能達到的。為了改善超細纖維合成革的衛(wèi)生性能問題特別是改善其吸濕性、透濕性功能，我們可以利用甲基丙烯酸酐對膠原蛋白進行接枝改性，使膠原蛋白具有可反應性。改性后的膠原蛋白分子接枝上了新的官能團，能與超細

6、纖維合成革基布產(chǎn)生化學交聯(lián)，并構成一個穩(wěn)定的體系。這樣，由于改性膠原蛋白的加入，使得超細纖維合成革基布的親水性大大增加，這樣也就從這一方面大大改善了超細纖維合成革的透水汽性和透濕性。 2實驗部分 2.1 實驗材料與儀器 膠原蛋白，甲基丙烯酸酐，磷酸二氫鉀，氫氧化鈉，碳酸氫鈉，三硝基苯磺酸，十二烷基硫酸鈉等； 電熱恒溫水浴鍋 DZKW-D-1,電子天平 AL204，紫外-可見分光光度計 UV BlueStar A，精密增力電動攪拌器JJ-1等。 2.2 膠原蛋白的乙烯基化本實驗采用單因素循環(huán)實驗法，稱取膠原蛋白5g，量取磷酸緩沖溶液（pH=7.4)50ml。將二者在250ml三口燒瓶中進行混合，

7、并置于恒溫水浴鍋中進行充分攪拌溶解，水浴溫度70，時間30min。 將充分溶解的膠原蛋白溶液溫度降至50，待溫度恒定后再慢慢的向三口燒瓶中滴加甲基丙烯酸酐，甲基丙烯酸酐的加入量分別為0ml，0.1ml，0.3ml，0.6ml，0.9ml，1.2ml，1.5ml，1.8ml，2.1ml等。速率約為1ml/min，反應進行4h。 將充分反應的乙烯基化膠原蛋白溶液放置于透析袋中，用去離子水作為透析液，在40的條件下透析24h。將透析過的乙烯基化膠原蛋白溶液放置在冷凍干燥機中，在-40條件下凍干儲藏4-5個小時，開啟真空泵，使乙烯基化膠原蛋白處于真空的環(huán)境中，隨著溫度的不斷上升，使得乙烯基化膠原蛋白中

8、的水分充分得到升華，最終達到干燥樣品的目的。得到的樣品在 5的條件下冷藏儲存，待下一步使用。 2.3 檢測方法及表征乙烯基化膠原蛋白的取代度測定主要使用 Habeeb 定量修飾法1-4測量自由氨基濃度的方法進行。本實驗采用的標準物為甘氨酸，測量出甘氨酸在不同濃度下的吸光度，繪制甘氨酸標準曲線，從而計算出乙烯基化膠原蛋白中的自由氨基濃度，進而得到乙烯基化膠原蛋白中甲基丙烯酸酐的取代度。 甘氨酸標準曲線 將甘氨酸按照計算出的濃度梯度進行溶液配制，取1ml甘氨酸溶液于5ml棕色容量瓶中，并向棕色容量瓶中加入1ml碳酸氫鈉緩沖溶液（pH=8.5）和1ml0.5w/v%的三硝基苯磺酸（TNBSA)溶液。

9、置于水浴恒溫振蕩器中，在38的條件下振蕩培養(yǎng)2小時后，取出。再向棕色容量瓶中加入1ml10%的十二烷基硫酸鈉水溶液和0.5ml1M的鹽酸溶液。隨后在紫外可見分光光度計中進行吸光度的測定，紫外線的波長設置為335nm。通過對其吸光度的測量，制作甘氨酸標準曲線。得到擬合公式(2-1) Y=a+bX (2-1) Y吸光度； X自由氨基的濃度。 乙烯基化膠原蛋白取代度的測量 將乙烯基化膠原蛋白配制為0.8mg/ml的乙烯基化膠原蛋白溶液，取1ml乙烯基化膠原蛋白溶液于 5ml 棕色容量瓶中，并向棕色容量瓶中加入 1ml 碳酸氫鈉緩沖溶液（pH=8.5）和1ml0.5w/v%的三硝基苯磺酸（TNBSA)

10、溶液。置于水浴恒溫振蕩器中，在38的條件下振蕩培養(yǎng)2小時后，取出。再向棕色容量瓶中加入1ml10%的十二烷基硫酸鈉水溶液和0.5ml1M 的鹽酸溶液。隨后在紫外可見分光光度計中進行吸光度的測定，紫外線的波長設置為335nm。得到吸光度之后，利用甘氨酸標準曲線得到的擬合公式可以計算出乙烯基化膠原蛋白中未反應的自由氨基的濃度，經(jīng)過公式（2-2）即可求出乙烯基化膠原蛋白的取代度。 (2-2) A 取代度； N0 未改性膠原蛋白自由氨基濃度； Nf 改性膠原蛋白中自由氨基濃度。 膠原蛋白GPC的測量 由于膠原蛋白的分子量并不均一，此次挑選了三種不同分子量的膠原蛋白進行試驗。我們對這三種膠原蛋白進行凝膠

11、滲透色譜（GPC）的測量，并為這三組膠原蛋白進行編號標記。其中，凝膠滲透色譜（GPC）的測量條件為： 流速：0.8ml/min； 溫度：40； 流動相：乙腈/硝酸鈉（20/80)； 檢測器：Waters 2414； 色譜柱：Ultrahydrogel250與Ultrahydrogel500串聯(lián)。 得到測量結果后，以分子量為參考對象對乙烯基化膠原蛋白的取代度進行分析比較。 2.3.4 膠原蛋白核磁共振氫譜檢測選取未改性膠原蛋白和乙烯基化最大取代度膠原蛋白對其進行核磁共振氫譜檢測。3實驗結果與分析3.1三種不同分子量的膠原蛋白乙烯基化規(guī)律對比圖3-8 G3三種膠原蛋白甲基丙烯酸酐加入量與取代度的關

12、系根據(jù)膠原蛋白取代度的計算結果，對三種不同分子量膠原蛋白繪制出了甲基丙烯酸酐加入量與取代度的關系曲線，如圖3-8所示。3.1實驗結果分析本次實驗通過甲基丙烯酸酐對兩種不同分子量的膠原蛋白進行改性，并對乙烯基化改性膠原蛋白的取代度進行計算，并對實驗結果加以分析討論，進而得出以下結論。（1）在同一分子量的膠原蛋白中，隨著甲基丙烯酸酐加入量的增大，其相應取代度也隨之升高。這說明了我們可以以甲基丙烯酸酐的加入量來調節(jié)乙烯基化改性膠原蛋白的取代度。（2）對于G1膠原蛋白在加入甲基丙烯酸酐用量增大時，取代度穩(wěn)定增長，當甲基丙烯酸酐加入量為1.5ml時，達到最大取代度并趨于穩(wěn)定在90%左右；對于G2的膠原蛋

13、白當甲基丙烯酸酐加入量為0.6ml時，達到最大取代度并穩(wěn)定在75%左右；對于G3膠原蛋白再加入量為1.5ml時，達到最大取代度并趨于穩(wěn)定在33%。（3）通過對三種不同膠原蛋白GPC測量結果分析，G1膠原蛋白數(shù)均分子量、重均分子量分別為：2595、4825；G2膠原蛋白數(shù)均分子量、重均分子量分別為：229271、145508；,G3膠原蛋白數(shù)均分子量、重均分子量分別為：178580、181266。三種膠原蛋白分子量依次增加，而乙烯基化的最大取代度則有遞減趨勢。 參考文獻 1 Van Den Bulcke, A.; De Rooze, N.; Schacht, E. Synthesis and characterisation of novel collagen-methacrylamide hydrogels.Macromol. Rapid Commun., in press. 2Dakin HD. Amino-acids of collagen. J Biol Chem 1920;44:499-529. 3Eastoe JE. Amino acid comp