专利摘要

本发明属于生物材料技术领域，涉及一种柞蚕丝素短纤维的制备方法，将柞蚕茧壳脱胶处理得到柞蚕丝素纤维，再用FeCl3溶液水解处理柞蚕丝素纤维，制备得到柞蚕短纤维。本发明的制备方法简单易控、条件温和，反应水解试剂对柞蚕丝素表面无明显破坏；通过本发明得到柞蚕丝素短纤维的水解率较高，且得到的柞蚕短纤维长度主要分布在100～250μm，形状为细长的短杆状，两端的切口平整，具有很好的提高丝素膜拉伸性能的潜力，在医疗及化妆品领域具有潜在的应用价值。

权利要求

1.一种柞蚕丝素短纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1. 将柞蚕茧壳加入到Na2CO3溶液中脱胶，洗涤、干燥后得到柞蚕丝素纤维；

S2. 将柞蚕丝素纤维加入到FeCl3溶液中进行水解，得到含有柞蚕丝素短纤维的液体；

S3. 除去步骤S2产物中的FeCl3废液，并去除柞蚕丝素短纤维表面的铁离子，洗涤至中性，然后干燥得到柞蚕丝素短纤维；

所述FeCl3溶液的浓度为0.1～0.5mol/L；

所述水解的温度为90～130℃；

所述水解的时间为1～8h。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述柞蚕丝素纤维与FeCl3溶液的重量体积比为1g：25～40mL。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述Na2CO3溶液的浓度为0.5～2%，柞蚕茧壳与Na2CO3溶液的重量体积比为：1g：40～60mL。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述脱胶的温度为95～100℃，时间为15～30min。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述洗涤为用50～80℃蒸馏水冲洗；步骤S1所述脱胶、洗涤操作重复2～4次；步骤S1所述干燥为在70～100℃下干燥2～3h。

6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S3所述去除柞蚕丝素短纤维表面的铁离子的方法为：用0.05～0.1 mol/L盐酸洗涤吸附在短纤维表面的铁离子。

说明书

技术领域

本发明属于生物材料技术领域。更具体地，涉及一种柞蚕丝素短纤维的制备方法。

背景技术

蚕丝生物材料是中国先民最早开发利用的动物蛋白之一，由于它蛋白质含量高、无毒无害、生物相容性好、生物降解性优良和机械性能优良等特点引起学者们的关注。柞蚕丝是柞蚕吐的丝，柞蚕丝素蛋白富含有利于细胞黏附和生长的精氨酸-甘氨酸-天门冬氨酸(RGD)三肽序列，与桑蚕丝相比在细胞粘附性方面更有优势，因而在医药生物材料应用上具有重要的应用价值，也可为进一步开发制备生物材料，化妆品面膜基料奠定基础。

蚕丝短纤维在造纸、服装、航空材料、医药材料等领域得到广泛的应用，关于蚕丝短纤维的制备早有学者研究，但由于蚕丝的原料不同，制备蚕丝短纤维的方法也各不相同，例如杨瑞玲等(杨瑞玲，曾新.负离子涤纶短纤维的研制[J].合成纤维，2002(05):29-31)通过PPTA的各向异性硫酸溶液纺丝，得到长纤维，再经过切断、粉碎、原纤化等过程得到负离子涤纶短纤维；魏子凯等(魏子凯，丁绍敏，陆敏兴，林海涛，宁晚娥.蚕丝蛋白短纤维的制备方法[J].丝绸，2019，56(07):28-33)采用氢氧化钠尿素提取液制备桑蚕丝素短纤维。柞蚕丝与桑蚕丝相比，虽然氨基酸组成相同，但丝蛋白二级结构与性能与家蚕相比有较大差别；此外，由于柞蚕一直生活在野外，蚕茧上往往附有一层矿物层，蚕丝从蚕茧上分离出来比桑蚕丝困难，因此柞蚕纤维相比于桑蚕纤维更难以水解，如利用氯化钙-乙醇混合液，溴化锂有机酸等溶液可以很容易将桑蚕丝素水解，但是这些溶剂对柞蚕丝素却显得无能为力。

因此，目前亟待找到一种反应条件温和、简单易控且环境友好型的柞蚕丝素短纤维的制备方法，为进一步开发制备生物材料，化妆品面膜基料打下基础。

发明内容

本发明旨在提供一种针对柞蚕丝短纤维的制备方法，方法工艺简单易控、条件温和，制备得到的柞蚕丝素短纤维的水解率达到了0.67mg/mL，且得到的短纤维的长度主要分布在100～250μm，形状为细长的短杆状，两端的切口平整，该柞蚕丝素短纤维具有很好的提高丝素膜拉伸性能的潜力，可进一步开发制备生物材料、化妆品面膜基料等，在医疗及化妆品领域具有潜在的应用价值。

本发明的目的是提供一种柞蚕丝素短纤维的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种柞蚕丝素短纤维的制备方法，是将柞蚕茧壳脱胶处理得到柞蚕丝素纤维，再用FeCl3溶液水解处理柞蚕丝素纤维，制备得到柞蚕短纤维。

其中，优选地，所述FeCl3溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。

更优选地，所述FeCl3溶液的浓度为0.1～0.2mol/L。

最优选地，所述FeCl3溶液的浓度为0.18mol/L。

优选地，所述柞蚕丝素纤维与FeCl3溶液的重量体积比为1g：25～40mL。

更优选地，所述柞蚕丝素纤维与FeCl3溶液的重量体积比为：1g：30mL。

优选地，所述水解的温度为90～130℃。

更优选地，所述水解的温度为90～110℃。

最优选地，所述水解的温度为105℃。

优选地，所述水解的时间为1～8h。

更优选地，所述水解的时间为1～6h。

最优选地，所述水解的时间为5h。

具体优选地，所述柞蚕丝素短纤维的制备方法包括如下步骤：

S1.将柞蚕茧壳加入Na2CO3溶液中脱胶，洗涤、干燥后得到柞蚕丝素纤维；

S2.将柞蚕丝素纤维加入FeCl3溶液中进行水解，得到含有柞蚕丝素短纤维的液体；

S3.将步骤S2的产物除去FeCl3废液，并去除柞蚕丝素短纤维表面的铁离子，洗涤至中性，然后干燥得到柞蚕丝素短纤维。

该方法采用三氯化铁溶液水解柞蚕纤维，相比于酸、碱等水解反应，反应过程FeCl3溶液的浓度较低且实验过程较易控制，条件温和，反应水解试剂对柞蚕丝素表面无明显破坏；同时对制备工艺的条件进行了优化调控完善，制备所得柞蚕丝素短纤维性质优异，柞蚕丝素短纤维的水解率较高，长度理想(主要分布在100～250μm)，形状为细长的短杆状，两端的切口平整，具有很好的提高丝素膜拉伸性能的潜力。

其中，优选地，步骤S1所述Na2CO3溶液的浓度为0.5～2％。

更优选地，步骤S1所述Na2CO3的浓度为1％。

优选地，步骤S1所述柞蚕茧壳与Na2CO3溶液的重量体积比为：1g：40～60mL。

更优选地，步骤S1所述柞蚕茧壳与Na2CO3的重量体积比为：1g：50mL。

优选地，步骤S1所述脱胶的温度为95～100℃，时间为15～30min。

更优选地，步骤S1所述脱胶的温度为100℃，时间为30min。

优选地，步骤S1所述洗涤为用50～80℃蒸馏水冲洗。

更优选地，步骤S1所述洗涤为用60℃蒸馏水冲洗。

优选地，步骤S1所述脱胶、洗涤操作重复2～4次。

更优选地，步骤S1所述脱胶、洗涤操作重复3次。

优选地，步骤S1所述干燥为在70～100℃下干燥2～3h。

更优选地，步骤S1所述干燥为在75℃下干燥2.5h。

优选地，步骤S3所述去除柞蚕丝素短纤维表面的铁离子的方法为：用0.05～0.1mol/L盐酸洗涤吸附在短纤维表面的铁离子。

更优选地，步骤S3所述洗涤方法为：用0.1mol/L盐酸洗涤吸附在短纤维表面的铁离子，用蒸馏水洗至洗涤废液为中性。

优选地，步骤S3所述洗涤至中性使用蒸馏水进行洗涤。

优选地，步骤S3所述干燥为在60～90℃条件下真空干燥。

更优选地，步骤S3所述干燥为在70℃条件下真空干燥。

本发明具有以下有益效果：

1、本方法反应过程的工艺简单较易控制、条件温和，反应水解试剂对柞蚕丝素表明无明显破坏。

2、通过本发明得到柞蚕丝素短纤维的水解率较高，且得到的柞蚕短纤维长度也较理想，其长度主要分布在100～250μm，形状为细长的短杆状，两端的切口平整，具有很好的提高丝素膜拉伸性能的潜力，能为进一步开发制备生物材料，化妆品面膜基料打下基础。

附图说明

图1是不同水解剂制备的柞蚕丝素短纤维形貌图；

图2是FeCl3制备的柞蚕丝素短纤维长度分布图；

图3是HCl制备的柞蚕丝素短纤维长度分布图；

图4是FeCl3浓度对柞蚕丝素水解率的影响；

图5是水解时间对柞蚕丝素水解率的影响；

图6是水解温度对柞蚕丝素水解率的影响。

具体实施方式

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。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

水解率的测定：将水解后得到的柞蚕丝素短纤维，进行清洗后，放入烘箱中烘干至恒重，称取短纤维质量，计算水解率，水解率公式如下：

短纤维水解率(mg/mL)＝m/V

式中：m为短纤维质量(mg)；V为水解液体积(mL)。

实施例1不同水解剂制备的柞蚕丝素短纤维形貌分析

1、试验方法

(1)制备柞蚕丝素短纤维

S1.柞蚕茧壳脱胶：称取柞蚕茧壳10g，置于含500mL 1％Na2CO3的烧杯中，于100℃的条件下搅拌15min，脱胶结束后，用60℃蒸馏水冲洗干净。以上过程重复三次，得到脱胶柞蚕丝素，最后将其在75℃条件下干燥2.5h，扯松，获得网状柞蚕丝素；

S2.柞蚕丝素水解：取1g柞蚕丝素3份，分别加入不同的水解剂进行水解处理：FeCl3(温度105℃、浓度0.18mol/L、时间5h)、HCl(温度90℃、浓度3mol/L、时间40min)、NaOH(温度85℃、浓度16mol/L、时间20min)；

S3.取出水解后的柞蚕丝素，置于布氏漏斗中，然后真空抽滤除去FeCl3废液，用0.1mol/L盐酸洗涤吸附在短纤维表面的铁离子，用蒸馏水洗至洗涤废液为中性，然后在70℃条件下真空干燥，得到柞蚕丝素短纤维。

(2)柞蚕丝素短纤维形貌观察

将不同水解剂制备得到的柞蚕丝素短纤维均匀的平铺在载玻片上，在倒置显微镜下观察短纤维的形貌特征，随机选取若干视线，测量并记录其中各短纤维的长度，统计出短纤维的主要长度分布区域。

2、实验结果

(1)柞蚕丝素短纤维形貌观察

图1为柞蚕丝素短纤维的形貌图，图中a/A、b/B、c/C分别为FeCl3、HCl、NaOH溶液制备的短纤维，a、b、c为4k倍数下的显微镜图，A、B、C为20k倍数下的显微镜图。

从图中可以看到，用FeCl3溶液制备的短纤维(a、A)，短纤维呈细长的短杆状，长短不一，两端的切口为平面或斜面；图片显示短纤维的外表并没有裂痕，即水解制备短纤维的过程中，反应未对柞蚕丝素表面造成明显破坏。

用HCl溶液制备的短纤维(b、B)，除颜色较浅且透明，其他与用FeCl3溶液制备的短纤维相同。

用NaOH溶液制备的短纤维(c、C)，短纤维呈无规则的片状，显示出制备短纤维的过程中，反应对柞蚕丝素表面造成较严重的破坏。

(2)柞蚕丝素短纤维长度

FeCl3制备的短纤维长度分布见图2，图2柱状图表示短纤维长度落在该区间内的频率。从图中可以看出，其中100μm至250μm的短纤维所占比例为42.97％，是短纤维长度的主要分布区域。

HCl制备的短纤维长度分布见图3。从图中可以看出，其中50μm至125μm的短纤维所占比例为52.68％，是短纤维长度的主要分布区域。

通过对比三种溶液来水解柞蚕丝得到微米级短纤维，可以发现：NaOH溶液制备短纤维呈无规则的片状，显示出制备短纤维的过程中，反应对柞蚕丝素造成明显的破坏，不是理想的短纤维；HCl溶液制备短纤维的浓度虽较低，但HCl极易挥发，对环境造成影响；同时反应过程较难控制，制备过程纤维极易出现碳化的情况；同时所制备的短丝素长度较短，不能很好的提高丝素膜的拉伸性能；FeCl3溶液制备短纤维的浓度较低且实验过程较易控制，对柞蚕丝素的影响很小，得到的短纤维的长度也较理想，因此综合考虑，FeCl3溶液更适合作为制备柞蚕短纤维的水解试剂。

实施例1FeCl3浓度对柞蚕丝素水解率的影响

1、试验方法

(1)柞蚕茧壳脱胶：称取柞蚕茧壳10g，置于含500mL 1％Na2CO3的烧杯中，于100℃的条件下搅拌15min，脱胶结束后，用60℃蒸馏水冲洗干净。以上过程重复三次，得到脱胶柞蚕丝素，最后将其在75℃条件下干燥2.5h，扯松，获得网状丝素纤维。

(2)柞蚕丝素水解：取1g柞蚕丝素6份，分别加入30mL浓度为0.1mol/L、0.12mol/L、0.14mol/L、0.16mol/L、0.18mol/L、0.2mol/L的FeCl3溶液中，在温度为100℃条件下，处理5h，取出水解后的柞蚕丝素，置于布氏漏斗中，然后真空抽滤除去FeCl3废液，用0.1mol/L盐酸洗涤吸附在短纤维表面的铁离子，用蒸馏水洗至洗涤废液为中性，然后在70℃条件下真空干燥得到柞蚕丝素短纤维，称取质量。

(3)计算柞蚕丝素水解率。

2、实验结果

从图4可知，当FeCl3浓度逐渐增加时，柞蚕丝的水解率呈缓慢的上升趋势；当FeCl3浓度继续升高至0.18mol/L时，柞蚕丝的水解率达到最高；当FeCl3浓度再继续增大时，柞蚕丝的水解率基本保持不变。故此选择FeCl3浓度为0.18mol/L作为短纤维制备的最佳浓度。

实施例2水解时间对柞蚕丝素水解率的影响

1、试验方法

(1)柞蚕茧壳脱胶：称取柞蚕茧壳10g，置于含500mL 1％Na2CO3的烧杯中，于100℃的条件下搅拌15min，脱胶结束后，用60℃蒸馏水冲洗干净。以上过程重复三次，得到脱胶柞蚕丝素，最后将其在75℃条件下干燥2.5h，扯松，获得网状丝素纤维。

(2)柞蚕丝素水解：取1g柞蚕丝素6份，加入30mL浓度为0.18mol/L的FeCl3中，在温度为100℃条件下分别处理1h、2h、3h、4h、5h、6h，取出水解后的柞蚕丝素，置于布氏漏斗中，然后真空抽滤除去FeCl3废液，用0.1mol/L盐酸洗涤吸附在短纤维表面的铁离子，用蒸馏水洗至洗涤废液为中性，然后在70℃条件下真空干燥得到柞蚕丝素短纤维，称取质量。

(3)计算柞蚕丝素水解率。

2、实验结果

从图5可知，当FeCl3水解时间低于5h时，柞蚕丝素的水解率缓慢的上升；随着水解时间的继续增加，当水解时间为5h时，柞蚕丝素的水解率达到最大；再将水解时间继续延长至6h时，柞蚕丝素的水解率基本不变。故选择5h为最佳水解时间。

实施例3水解温度对柞蚕丝素水解率的影响

1、试验方法

(1)柞蚕茧壳脱胶：称取柞蚕茧壳10g，置于含500mL 1％Na2CO3的烧杯中，于100℃的条件下搅拌15min，脱胶结束后，用60℃蒸馏水冲洗干净。以上过程重复三次，得到脱胶柞蚕丝素，最后将其在75℃条件下干燥2.5h，扯松，获得网状丝素纤维。

(2)柞蚕丝素水解：取1g柞蚕丝素5份分别加入30mL浓度为0.18mol/L的FeCl3中，分别在温度90℃、95℃、100℃、105℃、110℃中处理5h，取出水解后的柞蚕丝素，置于布氏漏斗中，然后真空抽滤除去FeCl3废液，用0.1mol/L盐酸洗涤吸附在短纤维表面的铁离子，用蒸馏水洗至洗涤废液为中性，然后在70℃条件下真空干燥得到柞蚕丝素短纤维，称取质量。

(3)计算柞蚕丝素水解率。

2、实验结果

从图6可知，当水解温度低于105℃时，柞蚕丝的水解率呈显著增大的趋势；当水解温度升高到105℃时，柞蚕丝的水解率达到最大值0.6447mg/mL；将水解温度继续升高至110℃时，水解率基本保持不变。因此，用FeCl3制备短纤维的最适水解温度为105℃。

实施例4FeCl3溶液制备柞蚕丝素短纤维的正交试验

(1)根据正交试验设计方案安排试验，如表1所示。以水解率作为柞蚕丝素短纤维制备的指标，考察水解浓度(A)、水解时间(B)和水解温度(C)对柞蚕丝素短纤维制备的影响，结果见表2所示。从表2中可看到，三个因素对柞蚕丝素短纤维制备的影响关系为：水解温度(C)>水解浓度(A)>水解时间(B)。三个因素的最佳组合为A2B2C2，即水解温度105℃、水解浓度0.18mol/L、水解时间5h。

(2)为进一步检验最佳组合A2B2C2的真实性，再行表征实验，3次重复，FeCl3溶液制备短纤维的水解率平均为0.6687mg/mL。

表1 FeCl3制备柞蚕短纤维的正交试验设计

表2正交试验结果

以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

一种柞蚕丝素短纤维的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。