1 蛋白質(zhì)纖維發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 醫(yī)藥交流PPT 2 主要內(nèi)容 一 現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)二 戰(zhàn)略定位 發(fā)展思路及目標(biāo)三 工程及關(guān)鍵技術(shù)四 政策建議 3 一 現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 一 本領(lǐng)域國(guó)內(nèi)科技發(fā)展?fàn)顩r分析1 工程科技發(fā)展?fàn)顩r綜述生物蛋白質(zhì)種類繁多 簡(jiǎn)單區(qū)分為三類 1 動(dòng)物蛋白質(zhì) 肌肉蛋白質(zhì) 乳酪蛋白質(zhì) 禽卵蛋白質(zhì) 皮革膠原蛋白質(zhì) 蠶絲絲素蛋白質(zhì) 蠶絲絲膠蛋白質(zhì) 動(dòng)物毛發(fā)蛋白質(zhì) 羽毛蛋白質(zhì) 蠶蛹蛋白質(zhì) 珍珠蛋白質(zhì) 蜘蛛牽引絲蛋白質(zhì) 蜘蛛包卵絲蛋白質(zhì)等 2 植物蛋白質(zhì) 大豆蛋白質(zhì) 漢麻籽仁蛋白質(zhì) 花生蛋白質(zhì) 玉米蛋白質(zhì)等 3 細(xì)菌蛋白質(zhì) 轉(zhuǎn)基因大腸桿菌生產(chǎn)黑寡婦蜘蛛牽引絲 拖絲 蛋白等 4 中國(guó)應(yīng)用于工程的天然纖維有 綿羊毛 山羊絨 駱駝絨 耗牛絨 兔毛 羊駝毛 駱馬毛 羽絨 桑蠶絲 柞蠶絲 蓖麻蠶絲 槲蠶絲 粟蠶絲等 中國(guó)在工程中試用于化學(xué)纖維的有 大豆蛋白 乳酪蛋白 蠶蛹蛋白 皮革膠原蛋白 羊毛蛋白 桑蠶絲絲素蛋白等 由于動(dòng)物蛋白和植物蛋白大分子聚合度都不高 純紡化纖絲比強(qiáng)度均不高 因此 純紡試驗(yàn)后均未生產(chǎn) 試驗(yàn)批量生產(chǎn)的都是混合抽絲或接枝在其他高聚物上紡絲或復(fù)合紡絲生產(chǎn)化學(xué)纖維 天然動(dòng)物纖維科技進(jìn)展中采用轉(zhuǎn)基因控制生產(chǎn)新特性天然動(dòng)物纖維也有重要突破和進(jìn)展 5 2 國(guó)內(nèi)科研形勢(shì) 1 生物蛋用白再生利生產(chǎn)化學(xué)纖維 生物蛋白質(zhì)纖維國(guó)內(nèi)研發(fā)歷史較長(zhǎng) 1986年開(kāi)始即在研發(fā)試制 到目前為止 生物蛋白質(zhì)提取及提純工作已有成熟技術(shù) 能夠生產(chǎn)的企業(yè)較多 生物蛋白質(zhì)纖維生產(chǎn)技術(shù)有長(zhǎng)期研發(fā)積累 曾經(jīng)工程化的項(xiàng)目主要有以下幾項(xiàng) 1大豆蛋白復(fù)合纖維 將已提取大豆油脂后的豆粕 豆餅 除去雜質(zhì)提取蛋白質(zhì) 與聚乙烯醇共混 濕法紡絲成纖維 蛋白含量9 29 并加甲醛縮聚避免水溶 曾建成年產(chǎn)10萬(wàn)噸以上企業(yè)兩座 現(xiàn)因大豆蛋白是球狀結(jié)晶蛋白 未曾接枝 混紡抽絲纖維在水洗 漂白中溶出損失過(guò)重 現(xiàn)已基本停止生產(chǎn)供應(yīng) 6 2乳酪 牛奶 蛋白復(fù)合纖維 在聚丙烯腈濕法紡絲中混入或部分接枝 曾在三個(gè)企業(yè)連續(xù)小批量生產(chǎn) 山西榆次恒天紡織新纖維科技有限公司 蛋白含量5 15 曾形成100噸 年生產(chǎn)線 現(xiàn)已停產(chǎn) 上海正家牛奶絲科技有限公司 現(xiàn)正遷廠至新廠址 黑龍江省嫩江華強(qiáng)蛋白纖維有限責(zé)任公司 由于新鮮牛奶是貴重營(yíng)養(yǎng)良品 廢乳酪和腐敗食品等 來(lái)源稀缺 無(wú)連續(xù)定量供應(yīng) 大規(guī)模工程化有困難 7 3羊毛蛋白再生復(fù)合纖維 羊毛蛋白提純后在聚丙烯腈濕紡中紡絲 加工技術(shù)與乳酪纖維類似 2002年在天津人造纖維廠試驗(yàn)成功后在山西榆次恒天紡織新纖維有限公司建成100噸 年生產(chǎn)線 曾生產(chǎn)約三年 蛋白含量5 15 因社會(huì)使用量過(guò)少 現(xiàn)已停產(chǎn) 4皮革膠原蛋白接枝纖維 動(dòng)物皮革 牛皮 羊皮 豬皮為主兼及其它動(dòng)物毛皮 加工中磨削下的皮屑及碎料 我國(guó)每年約30萬(wàn)噸 過(guò)去廢棄造成污染源 2001年開(kāi)始研究洗滌 除塵 提純得膠原原料 2006年開(kāi)始研究紡絲 西安工程大學(xué) 原西北紡織工學(xué)院 采用接枝到聚丙烯腈后濕法紡絲方式紡制纖維 試紡單纖維從1 3dtex至100dtex均成形良好 將推廣應(yīng)用于人造假發(fā)生產(chǎn)試用效果良好 正在工業(yè)化過(guò)程中 8 5蠶絲絲素蛋白復(fù)合纖維 桑蠶絲的繭衣 蛹襯 廢棄絲織品中的絲素提取溶解后與黏膠紡絲原液混合混溶紡絲 除在小型設(shè)備進(jìn)行試紡?fù)?在浙江省嘉利蛋白纖維有限公司紡絲及浙江省諸暨富潤(rùn)宏豐紡織有限公司 生產(chǎn)4 31dtex 桑蠶絲素蛋白含量4 4 5 長(zhǎng)絲 性能達(dá)到可以紡織生產(chǎn)的要求 曾產(chǎn)業(yè)化 目前暫停止生產(chǎn) 6蠶蛹蛋白復(fù)合纖維 蠶蛹蛋白提取后與聚丙烯腈共聚濕法紡絲 并曾在四川某公司正式生產(chǎn)供應(yīng) 7羊毛微粉復(fù)合纖維 將羊毛粉碎的微粉 亞微米數(shù)量級(jí) 與其他高聚物復(fù)合紡制細(xì)人造血管或纖維 使人造血管壁或纖維中有大量孔隙 便于液體內(nèi)外輸送或細(xì)胞增生長(zhǎng)入 或有利于不能染色聚合物 如聚丙烯等 纖維的染色 外直徑3mm的細(xì)人造血管具有良好的生物相容性 特別是加入肝素鈉復(fù)合后緩釋中具有良好抗凝血功能 已進(jìn)入醫(yī)學(xué)臨床試驗(yàn) 9 8羽絨微粉復(fù)合纖維 同羊毛微粉復(fù)合纖維 9蠶絲絲素微粉復(fù)合纖維 同羊毛微粉復(fù)合纖維 10珍珠蛋白粉復(fù)合纖維 浙江諸暨生產(chǎn)珍珠中大量次品珍珠粉碎成粉末后混入黏膠液濕法紡絲 曾經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)三年 但因銷售量有限 目前已停產(chǎn) 蘇州恒光化纖公司將珍珠粉與植物蛋白混入黏膠漿粕中混紡生產(chǎn) 翡翠纖維 正在繼續(xù)開(kāi)發(fā)市場(chǎng) 11人發(fā)微粉復(fù)合纖維 河南許昌恒源發(fā)制品股份公司將人發(fā)微粉與聚丙烯腈混合紡絲生產(chǎn)人造假發(fā)開(kāi)發(fā)試驗(yàn) 10 2 轉(zhuǎn)基因生物的天然蛋白質(zhì)纖維 在國(guó)家生物工程重大項(xiàng)目支持下 桑蠶基因組測(cè)序工作2003年完成第一張桑蠶基因組框架圖 2008年完成桑蠶基因組精細(xì)圖譜并正式發(fā)布的同時(shí) 轉(zhuǎn)基因桑蠶絲工程啟動(dòng) 近年主要成果有 1轉(zhuǎn)基因新品種彩色桑蠶絲 2轉(zhuǎn)基因蜘蛛蛋白基因桑蠶絲 11 1轉(zhuǎn)基因新品種彩色桑蠶絲 自然界野生品種也有彩色桑蠶絲 但纖維品質(zhì)不理想 纖維粗 而且有色物質(zhì)主要存在于絲膠中 絲織物精煉脫膠后 顏色即丟失 新的轉(zhuǎn)基因彩色蠶絲有色物質(zhì)在絲素中 精煉脫膠后顏色不會(huì)丟失 2006 2009年主要推出黃色品種 此項(xiàng)工程由西南大學(xué)向仲懷院士牽頭研究培育出多種彩色桑蠶品種 同時(shí) 蘇州大學(xué)與鑫源公司聯(lián)合研發(fā)產(chǎn)業(yè)化工程在江蘇省南通市海安縣鑫源繭絲綢集團(tuán)股份有限公司和江蘇蘇豪國(guó)際集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合申報(bào) 家蠶天然彩色繭繭色品種資源產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)利用 項(xiàng)目進(jìn)行 2009年以來(lái)已生產(chǎn)推出黃 綠 紅等彩色 近二年來(lái)每年生產(chǎn)彩色蠶繭250噸 繅制彩色蠶絲80余噸 織造天然彩色綢65萬(wàn)米 加工天然彩色絲綢服裝25萬(wàn)套 銷售市場(chǎng)反映良好 此外 西南大學(xué)和廣西蠶業(yè)技術(shù)推廣總站合作研發(fā)轉(zhuǎn)基因綠色熒光蠶絲品種 表達(dá)效果良好 已提供生產(chǎn)樣品 尚在逐步完成中 浙江大學(xué)和浙江花神絲綢集團(tuán)2005年開(kāi)始 也雜交形成天然彩色蠶絲 12 2轉(zhuǎn)基因蜘蛛蛋白基因桑蠶絲 桑蠶絲蛋白基因中嵌入部分源于蜘蛛包卵絲蛋白的基因 使桑蠶絲蛋白中含有一定量蜘蛛包卵絲蛋白 使桑蠶絲織物纖細(xì) 柔軟 親膚性良好 2009年生產(chǎn)新型絲繭數(shù)公斤 繅絲織就綢緞數(shù)米 性能測(cè)試反映滿意 此項(xiàng)工作由西南大學(xué)向仲懷院士帶頭 農(nóng)業(yè)部蠶學(xué)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室 家蠶基因組學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南大學(xué)蠶學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)研究所負(fù)責(zé)人夏莊發(fā)等領(lǐng)導(dǎo)和完成 正在逐步深入研究中 13 3 轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)新型蛋白質(zhì) 福建師范大學(xué)李敏教授的團(tuán)隊(duì)將黑寡婦蜘蛛牽引絲 拖絲 蛋白基因轉(zhuǎn)移嫁接到大腸桿菌基因鏈中 使大腸桿菌體內(nèi)形成蜘蛛牽引絲 拖絲 蛋白片段的多重復(fù)高聚線性大分子 將發(fā)酵培養(yǎng)的大腸桿菌粉碎 提取蛋白 得黑寡婦蜘蛛牽引絲蛋白 因?qū)賹?shí)驗(yàn)階段蛋白數(shù)量不多 只進(jìn)行了人造皮膚試驗(yàn) 尚未紡絲試驗(yàn) 此外 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所和安徽省絲綢公司通過(guò)在桑蠶飼養(yǎng)過(guò)程中添食經(jīng)過(guò)處理的有機(jī)色素 學(xué)習(xí)柬埔寨紅色取自Lac介殼蟲(chóng)巢ChamPoo的果實(shí)等 黃色取自Gamboge的樹(shù)皮和樹(shù)脂 Knorl樹(shù)芯材 keeLee樹(shù)等 形成紅 黃 綠 蘭 黑等色 同時(shí) 浙江天方科技有限公司 陜西省安康絲綢廠等單位也培育了天然彩色桑蠶絲 14 二 本領(lǐng)域國(guó)際科技發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)際從19世紀(jì)末 20世紀(jì)初即開(kāi)始對(duì)再生蛋白質(zhì)纖維進(jìn)行研究 1866年英國(guó)人E E 休斯首先成功地從動(dòng)物膠中制出人造蛋白質(zhì)纖維 他將動(dòng)物膠溶于乙酸 在硝酸酯的水溶液中凝固抽絲 然后以亞鐵鹽溶液脫硝 進(jìn)一步加工得到蛋白質(zhì)纖維 但未工業(yè)化 1904年Todenhaupt從牛乳中提取乳酪紡絲制得纖維 1935年意大利弗雷蒂才用從牛乳內(nèi)提取的乳酪素制成 人造羊毛 15 1936年英國(guó)考陶爾茲公司也開(kāi)發(fā)了酪素纖維 1938年研制了花生蛋白纖維 商品名為Ardil 1938年日本油脂公司開(kāi)發(fā)了由大豆為原料生產(chǎn)的纖維 1939年ComProductRefining公司制取了玉米蛋白纖維 商品名為VicaraArdilnFiber 20世紀(jì)40年代初 美國(guó)研制了酪素纖維 又稱再生蛋白質(zhì)纖維Prolono 1 1945年左右 美國(guó)杜邦 日本研究了大豆蛋白纖維 2 3 美國(guó)商品名為Soylon 日本商品名為Sikool 16 1948年美國(guó)通用汽車公司從豆粕中提取了大豆蛋白質(zhì)制造纖維 4 但因?yàn)槔w維性能較差無(wú)法進(jìn)行紡織加工而中斷研究 1969年 日本東洋紡公司開(kāi)始研究和試制以新西蘭牛奶為原料與丙烯腈接枝共聚合的再生蛋白質(zhì)纖維1986年正式生產(chǎn) 商品名為Chinon 蛋白含量約5 建設(shè)100噸 年生產(chǎn)線 最近據(jù)傳也已停產(chǎn) 加拿大Nexia公司 1 利用轉(zhuǎn)基因技術(shù) 通過(guò)遺傳工程 培育出一種將蠶的基因植入非洲普通山羊體內(nèi) 培養(yǎng)出的山羊產(chǎn)的奶中所含蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與天然真絲蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相同 從而以該種山羊奶為原料生產(chǎn)絲綢 17 DuPont 杜邦 公司利用生物工程和基因技術(shù)提取人造蜘蛛絲蛋白質(zhì) 研制出有 生物鋼材 之稱的蜘蛛絲 5 11 1994年以來(lái) 美國(guó)杜邦公司等對(duì)玉米蛋白纖維的制造過(guò)程和纖維性能進(jìn)行了研究 將玉米蛋白質(zhì)溶解于溶劑中可進(jìn)行干法紡絲 將球狀玉米蛋白質(zhì)溶解于 pH11 3 12 7 的堿中 并加入甲醛或多聚羧酸類交聯(lián)劑 可進(jìn)行濕法紡絲 目前除日本東洋紡公司的Chinon曾連續(xù)有少量生產(chǎn)之外 其他品種均未生產(chǎn) 18 黑寡婦蜘蛛牽引絲 拖絲 蛋白紡絲產(chǎn)品具有特殊的超高強(qiáng)度 低模量或高模量 生物相容性材料 可特別用于類似肌腱斷裂修復(fù)等醫(yī)療用途應(yīng)用開(kāi)發(fā)具有良好前景 并可用于防彈服 防刺服等防護(hù)服及產(chǎn)業(yè)用紡織品等特殊用途 美國(guó)研究在2000年 科學(xué) 發(fā)表的文獻(xiàn)只生產(chǎn)了25mg纖維 尚未工程產(chǎn)業(yè)化 19 究其原因 主要是天然蛋白質(zhì)中部分蛋白質(zhì)分子為球狀結(jié)晶 大豆蛋白 玉米蛋白等 無(wú)法展成線性分子鏈 其他蛋白 包括動(dòng)物肌纖蛋白 皮革膠原蛋白等 雖是線性分子鏈且基本線性分布 三股或多股螺旋 但高分子聚合度不高 一般聚合度在100左右 少數(shù)最高300 提純?nèi)芙馓幚砗缶酆隙群艿?因此純紡成化學(xué)纖維后 比強(qiáng)度太低 不僅紡絲困難 織物耐用度差 而且纖維混紡產(chǎn)品在洗衣機(jī)洗滌中被磨碎散失太多 因此 天然蛋白質(zhì)再生純紡化學(xué)纖維應(yīng)用效果不理想 其次天然蛋白質(zhì)中大多數(shù)是高營(yíng)養(yǎng)食品原料 成本高昂 很難創(chuàng)出廣闊市場(chǎng) 再次 天然蛋白質(zhì)再生后與其他高聚物混合紡絲 雖然有一定效果 外觀 手感 染色等性能良好 比強(qiáng)度可以接受 但依托基體的缺陷 聚乙烯醇縮醛的甲醛受限制 粘膠纖維的蠕變穩(wěn)定性差等等 受到制約或者未接枝混合紡絲保持困難 衣物洗滌中不斷流失 而在其他高聚物中側(cè)鏈接枝影響結(jié)晶度和取向度等原因?qū)е绿烊簧锏鞍踪|(zhì)生產(chǎn)化學(xué)纖維至今未廣泛應(yīng)用 以致均未大批量連續(xù)生產(chǎn) 20 三 我國(guó)發(fā)展的主要方向和內(nèi)容 天然蛋白質(zhì)在紡織工業(yè)中的再生應(yīng)用區(qū)分幾種不同情況 1 天然生物蛋白質(zhì)用于再生生產(chǎn)化學(xué)纖維 天然生物蛋白質(zhì)由于部分為球蛋白 非球蛋白聚合物聚合度較低 除醫(yī)用中的局部用途品種 例如人造皮膚 外 純紡化學(xué)纖維基本無(wú)使用價(jià)值 混紡復(fù)合纖維也因?qū)嶋H性價(jià)比影響 優(yōu)勢(shì)不大 2 天然蛋白質(zhì)微粉某些特殊用途 如醫(yī)療用人造血管 人造皮膚中有應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 在混紡絲復(fù)合過(guò)程中產(chǎn)生某些性能可能有局部用途 如提高染色性能等 3 轉(zhuǎn)基因培育生物工程新品種有一定發(fā)展優(yōu)勢(shì) 21 二 戰(zhàn)略定位 發(fā)展思路及目標(biāo) 一 戰(zhàn)略定位進(jìn)一步深入開(kāi)展基礎(chǔ)創(chuàng)新研究 提高生物蛋白質(zhì)實(shí)用性能 包括纖維拉伸比強(qiáng)度等性能 及降低成本 在提高 性能 價(jià)格 比的前提下 為天然生物蛋白質(zhì)化學(xué)纖維的開(kāi)發(fā)應(yīng)用創(chuàng)造前提條件 特別為最重要的應(yīng)用前景 醫(yī)療用 人造器官用的纖維和產(chǎn)業(yè)用紡織品 的用途創(chuàng)造條件 22 不同對(duì)象分別對(duì)待 分別處理 1 依靠生物工程技術(shù)特別是轉(zhuǎn)基因技術(shù) 創(chuàng)造超高強(qiáng)度 高穩(wěn)定性的新生物蛋白質(zhì)再生化學(xué)纖維和生物蛋白質(zhì)天然纖維 為最主要的特殊用途提供物質(zhì)基礎(chǔ) 2 對(duì)利用廢料成本不太高在與其它高聚物接枝和混合紡絲 使化學(xué)纖維產(chǎn)品有一定應(yīng)用領(lǐng)域和環(huán)境的品種 分別開(kāi)發(fā)最終產(chǎn)品并應(yīng)用 3 對(duì)于其他類型生物蛋白質(zhì)視發(fā)展形勢(shì) 等待發(fā)展條件和環(huán)境改善 二 總體思路 23 三 戰(zhàn)略目標(biāo) 1 利用生物工程和轉(zhuǎn)基因技術(shù)為蜘蛛牽引絲 拖絲 蛋白質(zhì)的高效低成本生產(chǎn)和紡絲加工生產(chǎn)醫(yī)療用和防護(hù)用超高強(qiáng)化學(xué)纖維 2 利用皮革膠原接枝共聚紡絲作為人造假發(fā)及紡織用化學(xué)纖維 3 利用天然生物蛋白質(zhì)微粒作為特殊用途產(chǎn)品的添加劑生產(chǎn)人造血管 人造皮膚等醫(yī)療用紡織品或其他化學(xué)纖維添加劑 4 進(jìn)一步支持轉(zhuǎn)基因桑蠶絲天然彩色品種擴(kuò)繁及工程化應(yīng)用和特種專用性能纖維研發(fā) 5 其他生物蛋白質(zhì)應(yīng)用視科技發(fā)展形勢(shì)逐步推進(jìn) 24 三 工程及關(guān)鍵技術(shù) 一 蜘蛛牽引絲蛋白化學(xué)纖維關(guān)鍵技術(shù)在現(xiàn)有較成熟技術(shù)基礎(chǔ)上尚需工程化攻關(guān) 內(nèi)容包括 1 用生物工程技術(shù)快速 高效 大量生產(chǎn)黑寡婦蜘蛛牽引絲 拖絲 蛋白質(zhì)及快速提純技術(shù) 2 黑寡婦蜘蛛牽引絲蛋白質(zhì)濕法紡絲技術(shù)與設(shè)備 二 皮膚膠原接枝共聚丙烯腈人造假發(fā)等化學(xué)纖維關(guān)鍵技術(shù)在現(xiàn)有已成熟技術(shù)基礎(chǔ)上尚需工程化攻關(guān) 內(nèi)容包括 1 廢棄皮屑膠原提純工程化技術(shù)及加工設(shè)備 2 皮革膠原蛋白丙烯腈接枝共聚工程化技術(shù)及設(shè)備 3 相關(guān)濕法紡絲工藝工程化專用技術(shù)及設(shè)備 25 三 天然蛋白質(zhì)微粒加工及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)在現(xiàn)有成熟技術(shù)基礎(chǔ)上尚需工程化攻關(guān) 內(nèi)容包括 1 微粒研磨及篩分大規(guī)模生產(chǎn)工程化技術(shù)及設(shè)備 2 細(xì)人造血管紡絲