[发明专利]一种藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶的制备方法及应用。其将胶原蛋白水溶液、羧基化碳纳米管溶液和丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺混合溶液混合均匀，在室温下超声，密闭抽气，然后分别加入TEMED溶液和过硫酸铵溶液，发生聚合反应，得到的水凝胶加入至所述藻蓝蛋白溶液中，加入EDC和NHS，在室温下避光反应过夜，用去离子水冲洗，去除未交联的藻蓝蛋白，得到藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶。上述材料性能稳定且导电率高，吸收从580 nm到630 nm范围内的可见光，并在635 nm‑645 nm范围密集发射出红色荧光。可以作为增敏材料敏化半导体电极或者金属电极使之在光照条件下可以直接完成太阳能到电能的转化将在太阳能利用。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶材料及其制备方法，以及作为光学敏化以及皮肤相关疾病光热治疗材料的应用。

背景技术

太阳能是最丰富的可持续的能源资源，地球的表面从太阳每年约获得4×10²⁴ J的太阳能。自然界的光合作用是超过3.5亿年典型的太阳能应用。生物过程是规模最大的光子能量转换成吉布斯自由能的过程。20世纪90年代以来，太阳能电池的发明促进了科学家利用生物大分子组装染料敏化太阳能电池的研究和应用。染料敏化电池的低成本、环境友好和制作简单的特点使之具有良好的应用前景。染料敏化电池主要由以下几个部分组成：导电基底层、二氧化钛纳米多孔电极、染料敏化层、电解质和光阴极。到目前为止，很多生物染料敏化层被开发，尤其是基于叶绿素的超分子光合蛋白复合物人工光伏设备的开发最为广泛。

藻胆蛋白是存在于蓝藻、红藻、隐藻和少数一些甲藻中的捕光色素蛋白，能把捕获的光能高效的传递给光系统反应中心，用于光合作用。其中，藻蓝蛋白是分布最普遍的藻胆蛋白，在几乎所有含藻胆蛋白的生物中都能够观察到。在自然环境中生长的大多数蓝藻物种中含量最丰富。这些蓝色或蓝紫色的藻胆蛋白能够吸收从580 nm到630 nm范围内的可见光，并在635 nm-645 nm范围密集发射出红色荧光。这为染料敏化太阳能电池的研究和利用提供了良好的材料。由于藻蓝蛋白染料敏化层大多以液体形式存在，造成了其应用困难。而若采用固态藻蓝蛋白生物染料敏化层，则会造成蛋白变性等问题，导致组装的染料敏化电池的光电转化效率普遍偏低。。

通过对碳纳米管进行羧化，然后经EDC（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐）和NHS（N-羟基琥珀酰亚胺）活化，可以与PC（藻蓝蛋白）的氨基进行反应，形成共价连接，达到固定PC的目的。由于碳纳米管具有良好的导电性、电子传递性，在PC间也可以担当量子导线的作用，PC修饰的纳米管加强了对X射线、重离子的放射增敏作用。

光动力治疗（Photodynamic Therapy，PDT）是通过对皮肤病理组织选择性进行光敏材料的贴敷，随后在适当波长光线局部照射后，光敏材料中的光敏剂被激活，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死亡。而光热治疗（PhotothermalTherapy，PTT）是使用具有穿透性好的激光(通常使用红外光)选择性地照射皮肤病理组织，碳纳米管经过远红外的经过近红外光谱辐射以及增敏后能释放大量的振动能，使局部组织产生光热，温度升高，导致细胞死亡。因此，新型高效的既有光动力治疗又有光热治疗前景的新型生物医学材料在皮肤相关疾病治疗中具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足而提供一种性能稳定且导电率高的藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶的制备方法及应用。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：一种藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液；

配制羧基化碳纳米管溶液；