多孔转基因丝素支架的制备及性能测试

以2种融合了蜘蛛丝蛋白的转基因蚕丝为材料制备转基因丝素支架,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)及压缩测试等方法表征转基因丝素支架的结构与性能变化.结果 表明,转基因丝素支架的横截面以蜂窝状多孔结构为主,易于细胞的黏附和生长;再生丝素蛋白结构发生变化,β折叠结构含量提高了16.14％;力学性能得到改善,压缩模量和抗压强度分别提高了24.49％和38.11％.体外细胞培养验证了转基因支架材料生物相容性良好,对细胞增殖没有显著影响,是一种更理想的肌骨组织修复医用备选材料.研究证实了转基因蚕丝应用于再生丝素材料的可行性,为组织工程材料开发提供了新的方向.     

促细胞生长再生复合丝素蛋白电纺丝非织布的性能

利用家蚕丝素蛋白独特的力学和生物学特性,以电纺蚕丝纤维为载体,通过加入含有细胞粘附构型肽段(TGRGDSPAS)8的纯化细胞粘连性蛋白,改善丝素蛋白在促细胞生长方面的生物学功能。红外光谱检测表明,加入10%的细胞粘连性蛋白并不会明显影响丝素蛋白电纺丝的α-螺旋和β-构象,细胞培养试验中也表现出促进细胞增殖的作用,其活性细胞数目较单纯丝素蛋白纤维上的活性细胞增加,约为1.5×104cm-2,并对细胞形态没有影响。电镜扫描显示,以加入10%细胞粘连性蛋白后的电纺蚕丝纤维直径仍呈均匀分布状态。依据研究结果认为,以加入细胞粘连性蛋白的再生复合丝素蛋白电纺丝非织布纤维作为生物医学材料,具有更加良好的应用前景。     

纳米TiO2改性丝素复合膜的研究

为了进一步改善丝素蛋白膜的结构性能,用溶胶凝胶法制备了不同比例纳米TiO_2改性的丝素蛋白复合膜。对生成的纳米粒子进行粒径分析表明,成膜前后纳米粒径约为80nm左右。对丝素膜的结构和热性能用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA和DTG)进行表征：XRD测试结果表明,随着纳米TiO_2的加入,复合丝素膜的结晶结构从SilkⅠ向SilkⅡ转化;SEM测试结果表明,TiO_2能与丝素形成较好的键合;TGA和DTG测试表明,复合丝素膜的热转变温度较之于纯丝素膜有所提高。     

用对苯二甲酰氯进行丝素蛋白的化学接枝改性研究

为改善丝素膜的性能,用对苯二甲酰氯(DB)作改性剂对丝素蛋白进行了接枝改性。研究了对苯二甲酰氯加入量以及不同温度下成膜等对接枝产率的影响。通过傅里叶红外光谱(FTIR)测试表明,对苯二甲酰氯与丝素形成共价结合;万能电子强力仪检测表明,改性后的丝素膜其力学性能有较大的改善,当接枝率为6.8%,丝素膜断裂强度可达42.5 MPa,断裂伸长率可达5%。     

黑寡妇蜘蛛牵引丝单一多聚序列对蚕丝性能改良的研究

蚕丝性能的优劣决定了蚕丝的价值和使用领域.本研究人工设计和构建了包含蜘蛛丝MaSp1基因中的32倍type1序列(32×MT1)和红色荧光蛋白表达框的piggyBac转基因质粒pBac[DsRed-32×MT1],通过显微注射家蚕品种兰10蚕卵获得了能够稳定遗传的转基因家蚕品系pBac-32×MT1.经荧光显微镜筛选、插入位点分析、mRNA表达丰度检测以及茧壳蛋白检测,证明了转基因家蚕能够表达融合了蛛蛛丝蛋白和轻链蛋白的重组丝.扫描电镜观察显示,转基因家蚕茧壳和丝纤维表面的形态和结构与野生型蚕品种兰10相近.傅里叶转换红外光谱去卷积分析表明,转基因家蚕丝蛋白二级结构中与丝应力有关的卢折叠含量达到63.6％,而野生型品种兰10丝蛋白的β折叠含量约为20％.蚕丝机械性能测定表明,转基因家蚕蚕丝的应力、应变和韧性比野生型家蚕丝分别提升了27.7％、10.7％和45.2％.上述结果表明,在家蚕基因组中导入MaSp1基因的type1单一多聚序列能显著增强重组丝的综合力学性能.     

重要外文学术期刊发表蚕学论文简介

正1 YAZAWA K,ISHIDA K,MASUNAGA H,HIKIMA T,NUMATA K.Influence of water content on theβ-sheet formation,thermal stability,water removal and mechanical properties of silk materials.Biomacromolecules,2016,17(3):1057-1066题目水分含量对家蚕丝素蛋白膜的热稳定性和脱水性能及机械性能的影响摘要家蚕丝具有卓越的机械性能且质地轻盈,通常作为纺织服饰材料,而要将家蚕丝作为一种结构材料应用于工业领域,则需对其热性能、机械性能等进行深入研究。已知水分子会影响蚕丝的玻璃态转化,但水分含量对蚕丝其他热性能的影响尚不清楚。日本理化研究所YAZAWA等以家蚕丝为材料制备了不同水分含量的丝素蛋白膜,调查水分含量对丝素蛋白膜的结晶度、热失重性能及脱水过程的影响。热失重分析表明,     

甘油和戊二醛对丝素膜性能的改良效果

为改善丝素膜的使用性能,在丝素溶液中添加甘油和戊二醛后制膜,探讨利用甘油的吸湿性能和戊二醛的交联作用对丝素膜性能的改良效果。结果表明:添加甘油的丝素膜持水性增强、耐水性能和相对伸长大幅度提高;戊二醛可以弥补添加甘油引起的丝素膜拉伸强度的下降。甘油和戊二醛的添加的质量分数分别为0.5%和0.2%时所制成的丝素膜质地湿润、光滑、柔软而富有弹性,其综合性能指标优于表面经80%甲醇处理的丝素膜。     

丝素/纳米SiO2凝胶共混膜的制备及性能测试

为了改善丝素膜作为医用材料的物理性能,以丝素和纳米SiO2为基材,乙醇为溶剂,制备不同质量比的丝素/纳米SiO2凝胶共混膜。对丝素/纳米SiO2凝胶共混膜的微观形态与结构进行表征:共混膜表面呈凹凸状,横截面为多层次的网络状结构,丝素蛋白分子主要为β-折叠结构。对不同质量比丝素/纳米SiO2凝胶共混膜的物理性能进行测试:当丝素与纳米SiO2共混质量比为80∶5时,共混膜的断裂强度最大,为94.86 MPa;当共混质量比为80∶3时,共混膜的断裂伸长率最大,为55.20%;共混膜的溶胀度和热水溶失率与纳米SiO2含量成反比,而透气性随着纳米SiO2含量的增加呈先上升后下降的趋势。测试结果表明,在天然高分子材料丝素溶液中加入具有补强增韧功能的纳米SiO2制备的共混膜,更接近优良人工皮肤材料的物理性能特征,丝素与纳米SiO2的共混质量比以80∶3和80∶5为宜。     

纳米TiO2/丝素蛋白多孔材料的结构和性能

将不同配比的纳米TiO2加入到丝素溶液中,经过冷冻干燥,得到纳米TiO2/丝素蛋白多孔材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)对材料进行了表征及溶失率的测试,结果表明:纳米TiO2/丝素多孔材料的内部孔为不规则的多角形,且孔与孔相互贯通,平均孔径为22~68μm,孔隙率为85%~92%;随着纳米TiO2加入量的增大,丝素蛋白的结晶结构从silkⅠ向silkⅡ构象转变,在水中的溶失率明显下降。     

用丝素蛋白涂覆涤纶织物的研究

将丝素蛋白溶液涂覆于经过化学刻蚀处理的涤纶织物上,获得丝素蛋白涂覆涤纶织物,并对丝素蛋白涂覆涤纶织物进行理化性能检测和结构特性分析。结果表明,丝素蛋白涂覆整理涤纶织物的涂覆增重率为11.6%,热水溶失保持率为84.17%,回潮率增加3.8倍,涂覆涤纶织物的断裂强度和伸度略有降低,但其静电压峰值和静电压衰减时间都得到了明显的改善。涂覆涤纶织物的纤维间填充了丝素蛋白,红外分光光谱检测到丝素蛋白的吸收特征,初步显示了丝素蛋白涂覆涤纶织物具有改善织物性能的效果。     

重要外文学术期刊发表蚕学论文简介

东华大学牛欠欠等利用氢氧化钠/尿素溶液,在-12℃低温下对脱胶蚕丝进行处理,逐级剥离出平均厚度0.4nm左右的纳米丝素。在这种温和处理条件下,溶剂不能完全破坏蚕丝纤维的纳米结构,但不同条件会影响纳米蚕丝的大小。分子动力学模拟表明,使蚕丝蛋白分子链间氢键断裂所需的平均作用力比断裂β-片层间的范德华相互作用力大40%,因此可以对蚕丝进行剥落处理。获得的新型纳米蚕丝含有1个β-片层和无定型的丝素蛋白分子,这可看作丝素的基本结构层次。这种单一β片层超薄新型纳米蚕丝的获得为制备更坚韧的丝基材料或提高各种应用材料的功能性和耐久性提供了有效方法。基于新型纳米蚕丝的层次结构模型,可以更深入研究丝基材料结构与性能之间的关系。     

蚕桑资源多元化利用讲座(6)

正5蚕丝的利用蚕丝由丝素蛋白和丝胶两部分组成,丝胶包在丝素蛋白的外部,约占重量的25%,丝素蛋白是蚕丝中主要的组成部分,约占重量的70%,蚕丝中还有5%左右的杂质。丝素蛋白中包含18种氨基酸,其中侧链较为简单的甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸约占总组成的85%,三者的摩尔比为4∶3∶1。丝素结构较为简单,就一级结构而论,经常出现一些序列相同或相似的重复肽     

不同溶解体系的丝素蛋白分子质量及对再生丝素膜性能的影响

为了便于根据不同丝素蛋白制品开发要求控制丝素蛋白的分子质量,用SDS-PAGE电泳方法检测不同溶解体系制取丝素蛋白的分子质量,并对不同分子质量丝素蛋白制备的再生丝素膜进行傅里叶红外光谱(FTIR)、热重(TGA)、微商热重(DTG)和热水溶失率等结构与性能的测试。SDS-PAGE检测结果显示,在LiBr-CH3CH2OH-H2O、Ca(NO3)2-CH3OH-H2O和Na-SCN-H2O溶解体系中的丝素蛋白分子质量较高且分布广;在CaCl2-CH3CH2OH-H2O和LiBr-H2O溶解体系中的丝素蛋白分子质量较低。FTIR、TGA、DTG和热水溶失率测试结果显示,低分子质量丝素蛋白溶液在成膜时较难形成α-结构和β折叠结构;而高分子质量丝素蛋白溶液在成膜时则较容易转变形成这2种结构。     

纳米TiO2/丝素蛋白多孔膜的体外降解性能

为改善丝素蛋白膜的生物活性功能,通过冷冻干燥的方法制备了纳米TiO2/丝素蛋白多孔膜,并在人体模拟体液(simulated body fluid,SBF)中进行了体外降解试验。测试结果表明:纳米TiO2/丝素蛋白多孔膜具有较好的平均孔径和孔隙率,分别为22~53μm和86%~92%;降解20 d后,孔洞界限逐渐被破坏,复合多孔膜的失重率增大到35%以上;降解后多孔膜的结晶度有大于降解前的趋势;在多孔膜的内壁有羟基磷灰石的生成,具有很好的生物活性。据此认为,采用冷冻干燥法制备的纳米TiO2/丝素蛋白多孔膜,有望进一步开发成为软骨替代材料或创面涂敷材料。     

辐射灭菌对丝素蛋白材料性能的影响

本文探讨了辐射剂量为10、15、20和25kGy的γ射线辐射灭菌对丝素蛋白膜和丝素海绵膜的力学性能和结构的影响。结果显示：采用此剂量的辐射灭菌增加了纯丝素膜的断裂伸长率和丝素海绵膜的弹性模量（p〈0．05）,丝素材料的主链结构和热稳定性能没有明显变化。25kGy以下辐射剂量对丝素海绵材料力学性能的影响明显小于常用的高压蒸汽灭菌方式,可以作为丝素材料辐射灭菌的剂量参考。     

丝素/壳聚糖共混膜性能测定及制备配方探讨

为改善丝素膜的性能,试验选择丝素与壳聚糖混配比例、烘干温度、戊二醛及甘油浓度四因素,采用L32(8×48)正交设计方案,制备丝素与壳聚糖复合膜。检测结果表明,共混膜的溶胀度为43.00%~248.94%,热水溶失率为43.06%~64.56%,透汽率在36.82%~55.39%之间,初始模量、相对断裂强度和相对断裂伸长分别在6.35~68.80 N/mm,30.85~67.83 N/mm和28.05~230.47范围内;经红外光谱分析知,丝素与壳聚糖只是物理混合,两者处于相容状态。初步选定制备丝素/壳聚糖共混膜的较优组合条件为:丝素质量分数70%或55%、烘干温度40℃,戊二醛和甘油的体积分数均为0.3%。     

甲基丙烯酸羟乙酯接枝蚕丝的制备工艺及性能评价

化学接枝增重可改善丝绸的服饰性能。通过设计正交实验优选出甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)接枝蚕丝的条件:过硫酸钾(KPS)质量分数0.75%,甲酸质量分数2.25%,温度90℃,时间60 min。衰减全反射傅里叶变换红外光谱测试证明甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)已接枝到蚕丝上。相比原样,接枝增重后的蚕丝回潮率下降、初始膜量增加、白度指数下降。接枝处理用氮气(N2)保护或选用氧化还原体系作引发剂,可提高接枝增重蚕丝的白度;80℃温度下多次漂洗既能改善接枝增重蚕丝的手感,亦能提高其白度。     

柞蚕丝素/丁二醇多孔材料的制备及性能测试

为了降低柞蚕丝素多孔支架材料的水溶性,采用硫氰酸锂(LiSCN)溶液溶解柞蚕丝素纤维得到再生柞蚕丝素蛋白溶液,加入一定量的1,4-丁二醇溶液后,利用冷冻干燥方法制备出平均孔径380～1 050μm、孔隙率82%～92%的柞蚕丝素/丁二醇多孔支架材料。用扫描电子显微镜观察柞蚕丝素/丁二醇多孔材料的内部孔呈长梭形,在大孔孔壁上分布着一些小孔,孔与孔之间相互贯通,且孔壁表面粗糙,有凸起的纳米颗粒与纳米纤维附着在孔壁上。采用X-射线衍射法、红外光谱法对柞蚕丝素/丁二醇多孔材料的结构进行表征,并测定丝素蛋白溶失率,结果表明:纯柞蚕丝素蛋白形成的多孔材料主要以α-螺旋结构为主,其蛋白溶失率达到30%左右;加入1,4-丁二醇后,柞蚕丝素蛋白的聚集态结构逐渐向β-折叠结构转变,材料的溶失率也随之减小。对柞蚕丝素/丁二醇多孔材料的压缩性能测试显示其具有一定的力学性能,当多孔材料压缩30%时,丝素蛋白质量浓度为20 mg/mL的多孔材料的压缩应力可以达到16.5 kPa,且随着丝素蛋白质量浓度的提高,材料的压缩强度逐渐增大。试验结果显示,采用冷冻干燥方法制备的柞蚕丝素/丁二醇多孔支架材料,具有溶失率低、孔径可控、孔隙率高及力学性能好的特点。     

腈纶织物接枝丝素蛋白的工艺条件及服用性能研究

用具有良好生物相容性的丝素蛋白接枝改性化纤织物,可增加其服饰的舒适度。研究了以100%聚乙烯醇缩水甘油醚(PVAGE)作为交联剂,在碱减量腈纶织物表面接枝丝素蛋白的工艺及接枝率对服用性能的影响。采用单因素法研究接枝的最佳工艺条件为:100%PVAGE质量浓度27.62 g/L,接枝温度100℃,接枝时间20 min,丝素蛋白质量浓度2.0 g/L。对在上述工艺条件下接枝后的碱减量腈纶织物进行红外光谱表征,结果显示丝素蛋白已接枝到织物上,并有β-折叠结构产生。随着接枝率的升高,织物的白度基本没有变化,回潮率有较大幅度增加,抗静电性能也大幅度提高,但抗褶皱弹性有所下降。     

丝素蛋白-氧化石墨烯多孔微球支架的制备及性能测试

为了拓展丝素蛋白(SF)在组织工程等生物医学领域的应用,采用微乳液-冷冻相分离技术制备丝素蛋白-氧化石墨烯(SF-GO)复合多孔微球支架,并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)及热重分析(DTG-TG)等方法对SF-GO复合支架的化学结构和形貌等理化性质进行分析表征。结果表明,宏观上SF微球支架和SF-GO复合微球支架均呈现为表面规则平滑的球形且粒径均匀,但SF-GO微球支架比SF微球支架有更大的微孔结构;加入氧化石墨烯后,微球支架的热稳定性能得到明显改善。体外细胞培养实验表明该微球支架有良好的生物相容性,且SF-GO复合微球支架比普通SF微球支架更能够促进骨髓间充质干细胞的黏附和增殖。