本發(fā)明涉及一種以離子液體與尿素為混合溶劑，能夠在40～60℃的較低溫度下溶解再生膠原纖維及處理脫脂皮粉、廢棄皮革屑的方法。

背景技術(shù)：

膠原是一種重要的結(jié)構(gòu)蛋白和細(xì)胞外基質(zhì)成分，廣泛存在于動物的皮膚、肌腱、軟骨及其它結(jié)締組織中。膠原種類繁多，有i型、ii型、iii型等，其中i型膠原所占比例最大。膠原螺旋是原膠原特有的構(gòu)象形式。膠原的三股螺旋結(jié)構(gòu)賦予其特殊的生物活性，如低免疫原性、良好的生物相容性、能促進(jìn)血小板凝結(jié)，促進(jìn)細(xì)胞的存活、生長、愈合，因而膠原在組織工程材料(皮膚替代物、人工血管和人工軟骨等)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。作為制備組織工程材料的關(guān)鍵一步，需要先將膠原溶解制備得到均相溶液。膠原多肽鏈間大量存在的分子鏈內(nèi)和鏈間氫鍵、離子鍵、范德華力以及疏水鍵等，使膠原蛋白很難溶解于水和傳統(tǒng)有機溶劑，極大地制約膠原的應(yīng)用。盡管有少量的溶劑，如稀乙酸溶液、三氟乙醇(tfe)、六氟異丙醇(hfip)等，可以用來溶解膠原，但是存在易揮發(fā)，溶解度低，易導(dǎo)致膠原水解，變性等缺陷。

離子液體(ionicliquids，ils)是一類極具應(yīng)用前景的綠色溶劑，應(yīng)用廣泛。離子液體離解產(chǎn)生的陰、陽離子可以破壞膠原分子間的氫鍵，近年來人們嘗試?yán)秒x子液體來溶解膠原纖維(internationaljournalofbiologicalmacromolecules.2015.76：70-79；internationaljournalofbiologicalmacromolecules.2012.51(4)：440-448；化工學(xué)報，2015，66(6)：2196-2204；中國皮革，2011，40(19)：27-29；cn201110073127.2)。目前的研究工作主要考察高溫下(80-140℃)膠原纖維在純離子液體中的溶解性能，且存在溶解時間長，溶解度低等問題；僅僅考察膠原纖維溶解前、再生后宏觀結(jié)構(gòu)的變化。目前有關(guān)膠原纖維在離子液體中溶解提取研究存在的主要問題：

第一，前人的研究工作多考察高溫下(80-140℃)膠原纖維的溶解性能，溫度高會引起膠原纖維變性，甚至斷鏈分解，難以保證膠原螺旋二級結(jié)構(gòu)的完整。因此必須尋找一種可以實現(xiàn)低溫條件下的快速、高效溶解膠原纖維的綠色溶劑。

第二，離子液體粘度比較高，限制了溶劑的傳熱傳質(zhì)，得到膠原纖維溶液粘度過大，限制了膠原纖維原液的應(yīng)用。這就需要選擇粘度很低的離子液體溶劑體系，或者通過加入助溶劑到離子液體中得到粘度更小的復(fù)合離子液體溶劑。

第三，膠原蛋白溶解度過低，通常低于10％。這需要對離子液體溶解膠原纖維的分子機制進(jìn)行深入探討。這也是目前研究的難點。離子液體主要通過破壞膠原蛋白大分子間的相互作用來溶解膠原纖維。如果在溶劑體系中復(fù)配一個促進(jìn)膠原蛋白變性的小分子物質(zhì)，該物質(zhì)先將膠原蛋白變性，變成無規(guī)卷曲狀態(tài)，這將有助于提高離子液體的陰陽離子對膠原蛋白的作用。在離子液體陽離子結(jié)構(gòu)中引入吸電子基團，也會有助于提高離子液體的溶解性能。

尿素是一種常見的蛋白質(zhì)可逆變性劑，能有效地破壞非共價鍵結(jié)合的蛋白質(zhì)的分子內(nèi)，分子間氫鍵，離子鍵，范德華力及疏水鍵。目前對于尿素引起蛋白質(zhì)變性的分子機理有兩種解釋：第一，尿素與蛋白質(zhì)分子的直接作用，包括極性分子，非極性分子，肽鍵與尿素分子的相互作用，破壞了蛋白質(zhì)的分子內(nèi)，分子間氫鍵，離子鍵及范德華力；第二，間接作用，尿素會引起蛋白質(zhì)與水分子的結(jié)合模式變化，破壞蛋白質(zhì)分子內(nèi)，分子間氫鍵，疏水鍵作用(thermochimicaacta，2004.409(2)：201-206；j.am.chem.soc.2007，129(51)：16126-16131；processbiochemistry，2009.44(11)：1200-1212)。

已有研究表明，尿素的加入會降低膠原蛋白的變性溫度。當(dāng)加入3m的尿素溶液時，膠原蛋白的變性溫度從67℃降低至53℃。變性的同時，膠原纖維從膠原螺旋轉(zhuǎn)變?yōu)闊o規(guī)卷曲狀態(tài)。尿素能破壞氫鍵，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)松弛，使蛋白質(zhì)變性，變性后，蛋白質(zhì)的肽鏈就伸展開來，高濃度(8-10mol/l)的尿素會使蛋白質(zhì)變性溶解；而在室溫下4～6mol/l尿素可使球狀蛋白質(zhì)變性，通常增加變性劑濃度可提高變性程度，通常8mol/l尿素可以使蛋白質(zhì)完全轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃誀顟B(tài)。尿素引起的變性通常是可逆的，這使得尿素具有在室溫下?lián)碛锌焖偃芙饽z原纖維的能力。

基于以上討論，我們提出離子液體/尿素復(fù)合溶劑體系協(xié)同快速低溫溶解膠原纖維的新方法。

離子液體作為溶劑具有極好的熱穩(wěn)定性，具有高密度、高黏度和更寬的液程等優(yōu)良性能，而尿素具有室溫下快速溶解膠原纖維的能力，所以當(dāng)我們將二者結(jié)合在一起，在溶解膠原纖維時協(xié)同作用，發(fā)揮出在低溫下快速溶解膠原纖維能力的同時，又具有溶劑易于回收，對環(huán)境友好等特點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一類綠色溶劑，該溶劑由離子液體與尿素組成。

本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供尿素與離子液體用于溶解再生膠原纖維的應(yīng)用，同時提供了將再生膠原纖維成膜，成粉的方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

所述的離子液體為咪唑類，吡啶類離子液體，其結(jié)構(gòu)式分別為：

r＝-ch2cooc2h5，-ch2cooch3，-oc2h4oh，-ch2ch＝ch2，-c2h5，-c4h9x＝cl，br，ac

r＝-ch2cooc2h5，-ch2cooch3，-oc2h4oh，-ch2ch＝ch2，-c2h5，-c4h9x＝cl，br，ac

所述尿素其結(jié)構(gòu)式如下：

上述離子液體與尿素作為溶劑在溶解、再生膠原纖維的應(yīng)用。

離子液體與尿素的質(zhì)量比為：2％，4％，6％，8％，10％

膠原纖維與離子液體/尿素的質(zhì)量比可為2～10∶100。

膠原纖維溶解方法：稱取真空干燥的純凈膠原纖維、脫脂豬皮粉、廢棄皮革粉，與離子液體充分?jǐn)嚢杌旌虾?，?0～60℃加熱攪拌，至偏光顯微鏡觀察視野

全黑時記錄溶解時間。

膠原纖維再生方法：將膠原纖維充分溶解于離子液體中，形成膠原纖維/離子液體混合溶液，通過再生沉淀劑將離子液體洗脫，制備得到再生膠原材料。

所述再生沉淀劑為：甲醇、乙醇、丙酮、去離子水或以上任意比例混合。

將所述膠原纖維與離子液體混合溶液，涂膜，置于沉淀劑中浸泡，洗脫離子液體，得到再生膠原纖維膜，多次洗滌，真空干燥。

將所述膠原纖維/離子液體混合溶液，通過膠頭滴管緩慢滴入沉淀再生劑中，能夠得到粉末狀的再生膠原纖維，洗滌，過濾，真空干燥。

離子液體回收方法：將用于洗脫離子液體的沉淀再生劑和充分洗滌的溶劑，減壓蒸餾，回收得到離子液體，真空干燥，稱重。

所述的干燥為40～50℃真空干燥4-5h。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點：

(1)本發(fā)明，所使用的離子液體為離子液體與尿素的混合溶液，相比于離子液體本身，可以在40～60℃下高效率的溶液膠原纖維。

(2)本發(fā)明，操作簡便，環(huán)保，膠原纖維溶解再生效果明顯，可制備再生膠原膜，再生膠原粉。

(3)本發(fā)明，以純凈膠原纖維，脫脂豬皮粉，廢棄皮革粉為原料，為膠原纖維的再生利用提供重要的技術(shù)保證。

表140～60℃時2％膠原纖維在離子液體/尿素中的溶解時間

表240～60℃時4％膠原纖維在離子液體/尿素中的溶解時間

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但發(fā)明的實施方案不局限于此。

實施例1

以離子液體3-甲基-1-乙氧羰基甲基咪唑氯鹽(etmimcl)與尿素為溶劑(尿素與離子液體質(zhì)量比為4∶100)結(jié)構(gòu)如下式，在50℃無水條件下，按照膠原纖維和離子液體質(zhì)量比為2∶100的比例，將膠原纖維加入離子液體/尿素中，充分?jǐn)嚢枞芙?，采用偏光顯微鏡觀察溶解過程，待觀察到視野變?nèi)跁r，記錄溶解時間。經(jīng)測定溶解時間為21.5h。

取少量制備的膠原纖維溶液，均勻鋪在聚四氟乙烯板上，然后將其浸入再生劑中，再生劑為乙醇溶液，膠原纖維再生成膜，利用再生劑反復(fù)洗滌使得離子液體與尿素被完全除去。然后真空干燥，得到再生膠原纖維膜。使用過后沉淀劑和洗滌劑通過減壓蒸餾回收離子液體。

實施例2

以離子液體1-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽(emimac)與尿素為溶劑(尿素與離子液體質(zhì)量比為4∶100)，在50℃條件下，按照膠原纖維和離子液體質(zhì)量比為2∶100的比例，將膠原纖維加入離子液體/尿素中，充分?jǐn)嚢瑁跓o水條件下溶解，采用偏光顯微鏡觀察溶解過程，待觀察到視野變?nèi)跁r，記錄溶解時間。經(jīng)測定溶解時間為16.5h。

取少量制備的膠原纖維溶液，均勻鋪在聚四氟乙烯板上，然后將其浸入再生劑中，再生劑為乙醇溶液，膠原纖維再生成膜，利用再生劑反復(fù)洗滌使得離子液體與尿素被完全除去。然后真空干燥，得到再生膠原纖維膜。使用過后沉淀劑和洗滌劑通過減壓蒸餾回收離子液體。

實施例3

以離子液體1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽(emimcl)與尿素為溶劑(尿素與離子液體質(zhì)量比為4∶100)，在50℃條件下，按照膠原纖維和離子液體質(zhì)量比為2∶100的比例，將膠原纖維加入離子液體/尿素中，充分?jǐn)嚢?，在無水條件下溶解，采用偏光顯微鏡觀察溶解過程，待觀察到視野變?nèi)跁r，記錄溶解時間。經(jīng)測定該溶解時間為35h。

取少量制備的膠原纖維溶劑，用膠頭滴管逐漸緩慢將混合液滴入乙醇沉淀劑中，膠原纖維再生成微粉狀，再生劑為乙醇溶液，利用再生劑反復(fù)洗滌使得離子液體與尿素被完全除去。然后真空干燥，得到再生膠原纖維膜。使用過后沉淀劑和洗滌劑通過減壓蒸餾回收離子液體。

實施例4

以離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(amimcl)與尿素(為溶劑尿素與離子液體質(zhì)量比為4∶100)，在50℃條件下，稱取1g白皮粉(豬皮)，按照白皮粉和離子液體/尿素質(zhì)量比為2∶100的比例，將白皮粉加入離子液體/尿素中，充分?jǐn)嚢瑁跓o水條件下溶解，采用偏光顯微鏡觀察溶解過程，待觀察到視野變?nèi)跁r，記錄溶解時間。經(jīng)測定溶解時間為19.5h。

取少量制備的膠原纖維溶液，均勻鋪在聚四氟乙烯板上，然后將其浸入再生劑中，再生劑為乙醇溶液，膠原纖維再生成膜，利用再生劑反復(fù)洗滌使得離子液體與尿素被完全除去。然后真空干燥，得到再生膠原纖維膜。使用過后沉淀劑和洗滌劑通過減壓蒸餾回收離子液體。

實施例5

以離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑乙酸鹽(amimac)與尿素為溶劑(尿素與離子液體質(zhì)量比為4∶100)，在50℃條件下，稱取1g白皮粉，按照白皮粉和離子液體/尿素質(zhì)量比為2∶100的比例，將膠原纖維加入離子液體/尿素中，充分?jǐn)嚢瑁跓o水條件下溶解，采用偏光顯微鏡觀察溶解過程，待觀察到視野變?nèi)跁r，記錄溶解時間。經(jīng)測定溶解時間為17.5h。

取少量制備的膠原纖維/離子液體溶液，均勻鋪在聚四氟乙烯板上，將鋪板浸入乙醇∶去離子水＝1∶1沉淀再生劑中，利用再生劑反復(fù)洗滌使得離子液體與尿素被完全除去。然后真空干燥，得到再生膠原纖維膜。使用過后沉淀劑和洗滌劑通過減壓蒸餾回收離子液體。

實施例6

以離子液體3-甲基-1-乙氧羰基甲基咪唑乙酸鹽(etmimac)與尿素為溶劑(尿素與離子液體質(zhì)量比為4∶100)結(jié)構(gòu)如下式，在50℃條件下，稱取1g膠原纖維，按照膠原纖維和離子液體/尿素質(zhì)量比為2∶100的比例，將膠原纖維加入離子液體/尿素中，充分?jǐn)嚢瑁跓o水條件下溶解，采用偏光顯微鏡觀察溶解過程，待觀察到視野變?nèi)跁r，記錄溶解時間。經(jīng)測定溶解時間為17.5h。

取少量制備的膠原纖維溶液，均勻鋪在聚四氟乙烯板上，然后將其浸入再生劑中，再生劑為乙醇溶液，膠原纖維再生成膜，利用再生劑反復(fù)洗滌使得離子液體與尿素被完全除去。然后真空干燥，得到再生膠原纖維膜。使用過后沉淀劑和洗滌劑通過減壓蒸餾回收離子液體。

實施例7

以離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(amimcl)與尿素為溶劑(尿素與離子液體質(zhì)量比為4∶100)，在60℃條件下，稱取0.2g膠原纖維，按照膠原纖維和離子液體/尿素質(zhì)量比為2∶100的比例，將膠原纖維加入離子液體/尿素中，充分?jǐn)嚢瑁跓o水條件下溶解，采用偏光顯微鏡觀察溶解過程，待觀察到視野變?nèi)跁r，記錄溶解時間。經(jīng)測定溶解時間為16.5h。

取少量制備的膠原纖維溶液，均勻鋪在聚四氟乙烯板上，將鋪板浸入乙醇沉淀再生劑中，膠原纖維再生成膜，利用再生劑反復(fù)洗滌使得離子液體與尿素被完全除去。然后真空干燥，得到再生膠原纖維膜。使用過后沉淀劑和洗滌劑通過減壓蒸餾回收離子液體。

實施例8

以離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑乙酸鹽(amimac)與尿素為溶劑(尿素與離子液體質(zhì)量比為4∶100)，在60℃條件下，稱取0.2g膠原纖維，按照膠原纖維和離子液體/尿素質(zhì)量比為2∶100的比例，將膠原纖維加入離子液體/尿素中，充分?jǐn)嚢瑁跓o水條件下溶解，采用偏光顯微鏡觀察溶解過程，待觀察到視野變?nèi)跁r，記錄溶解時間。經(jīng)測定溶解時間為15.5h。

取少量制備的膠原纖維/離子液體溶液，均勻鋪在聚四氟乙烯板上，將鋪板浸入乙醇∶去離子水＝1∶1沉淀再生劑中，膠原纖維再生成膜，利用再生劑反復(fù)洗滌使得離子液體與尿素被完全除去。然后真空干燥，得到再生膠原纖維膜。使用過后沉淀劑和洗滌劑通過減壓蒸餾回收離子液體。

實施例9

以離子液體3-甲基-1-乙氧羰基甲基咪唑氯鹽(etmimac)與尿素為溶劑(尿素與離子液體質(zhì)量比為4∶100)結(jié)構(gòu)如下式，在60℃條件下，稱取0.3g白皮粉(豬皮)，按照白皮粉和離子液體/尿素質(zhì)量比為2∶100的比例，將膠原纖維加入離子液體/尿素中，充分?jǐn)嚢?，在無水條件下溶解，采用偏光顯微鏡觀察溶解過程，待觀察到視野變?nèi)跁r，記錄溶解時間。經(jīng)測定溶解時間為14.5h。

取少量制備的膠原纖維溶液，均勻鋪在聚四氟乙烯板上，將鋪板浸入乙醇沉淀再生劑中，膠原纖維再生成膜，利用再生劑反復(fù)洗滌使得離子液體與尿素被完全除去。然后真空干燥，得到再生膠原纖維膜。使用過后沉淀劑和洗滌劑通過減壓蒸餾回收離子液體。