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。     

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%。     

纳米二氧化钛-丝素复合膜的溶解性初探

研究了纳米二氧化钛在丝素溶液中的分散性 ,制备了不同配比的纳米二氧化钛—丝素复合膜 ,并对复合膜和纯丝素膜的溶解性能进行了初探。发现复合膜的溶失率比纯丝素膜的溶失率有所下降 ,认为添加二氧化钛纳米粒子的丝素可用于纤维、织物的功能性整理     

溶胀时间对丝素溶解性的影响

笔者分别采用CaCl_2/H_2O、CaCl_2/H_2O/乙醇两种溶解体系对脱胶后的丝素蛋白进行溶解,在溶解前对丝素蛋白进行不同时间的溶胀处理,以探究溶胀时间对丝素蛋白溶解性的影响,通过SEM观察丝素溶解的变化。结果表明,丝素的溶解度随着溶胀时间和溶解时间的增加而增加,溶解呈现先快后缓慢上升的趋势,通过SEM可清晰地观察到丝素溶液中纤维的变化情况。试验证明,在CaCl_2/H_2O/乙醇三元溶解体系中由于加入了有机溶剂乙醇,比起相同条件下的CaCl_2/H_2O二元体系,丝素的溶解度有加大提升。可见,乙醇对丝素溶解起促进作用。     

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。     

聚乳酸/丝素共混膜的药物释放性能研究

使用聚乳酸对丝素蛋白膜进行改性，制备聚乳酸/丝素共混膜，期望改善丝素蛋白膜作为药物载体的药物释放效果。首先研究聚乳酸含量对共混膜断裂强力和溶失率的影响，接着以染料罗丹明B作为小分子模型药物，将共混膜作为药物载体，对其药释性能进行研究，并使用药释动力学模型对实验数据进行拟合，最后探讨药物的用量以及膜厚度等因素对共混膜的药释性能影响。结果表明，聚乳酸的加入能够显著地提高丝素蛋白膜的断裂强力，降低其溶失率；聚乳酸/丝素共混膜对供试药物罗丹明B具有较好的缓释性能，释放过程属于菲克扩散模型；适当增加药物罗丹明B的用量可以有效提高共混膜的药物释放速率，而共混膜厚度的增加则可抑制药物的释放速率。     

冷冻干燥丝素粉末的性质

对丝素溶液经冷并干燥制得的丝素粉末的性质进行的研究表明,丝素溶液经冷冻干燥得到的丝素粉末易溶解于水,得到的溶液同一般丝素溶液一样能形成丝素凝胶和丝素膜,但丝素膜的强度有下降趋势,伸长度有增加趋势。对丝素粉末进行高温高湿处理后,丝素粉末的溶解性下降,溶解丝素粉末制得的丝素膜的强度、伸长度下降。     

丝素-壳聚糖共混膜的物理性能和细胞相容性探讨

采用共混法制备丝素-壳聚糖共混膜,并测定其力学性能,结果表明各种配比的丝素-壳聚糖共混膜均具有良好的机械性能,能够克服纯丝素膜刚而脆的弱点。扫描电镜显示纯丝素膜SF、共混膜SCP1表面致密光滑,SCG2、SCP2两种共混膜都有明显突起,而共混膜SCG1的表面凹凸不平。细胞培养结果显示,SCG1、SCG2、SCP1和SCP2等4种共混膜的细胞毒性都在0、1级,细胞增殖率在85%~105%之间,细胞附着率在24 h的达到90%以上,说明各种配比的丝素-壳聚糖共混膜都具有良好的细胞相容性,基本符合生物材料的应用要求。     

柞蚕丝素/丙二醇共混膜的制备及性能测试

为了开发适用于人工皮肤、创面覆盖等的生物材料,用硫氰酸锂溶液溶解柞蚕丝素纤维,制备不同配比的柞蚕丝素(TSF)/丙二醇共混膜。用X-射线衍射法、红外光谱法对不同配比共混膜的结构进行表征,并测定其溶失率和分析其力学性能变化。当TSF/丙二醇共混膜中丙二醇的质量分数<30%时,共混膜的聚集态结构主要以α-螺旋结构为主,此时共混膜的溶失率较高,仍有30%左右;随着共混膜中丙二醇的质量分数增加,共混膜的聚集态结构逐渐向β-折叠结构转变,溶失率也随之降低;当共混膜中丙二醇的质量分数达到45%以上时,共混膜基本不溶于水,溶失率<2%。同时,当共混膜中丙二醇的质量分数达到30%时,共混膜的断裂伸长率显著增大,虽然断裂强度有所减小,但即使丙二醇的质量分数达到45%时,断裂强度仍然有20 MPa左右。研究结果显示,丙二醇的加入能显著降低柞蚕丝素膜的溶失率,并改善其力学性能。     

丝素/纳米SiO2凝胶共混膜的生物安全性评估试验

丝素/纳米SiO2凝胶共混膜是透气性、稳定性和力学性能更符合人工皮肤要求的膜状材料。为了评估丝素/纳米SiO2凝胶共混膜的生物安全性,利用实验动物对其进行与人体皮肤创伤愈合直接相关的过敏性试验、细胞毒性试验、热原试验、迟发型超敏反应试验、皮内刺激试验、急性(单剂量)毒性试验和溶血试验等。各项试验结果初步表明,实验动物对丝素/纳米SiO2凝胶共混膜无不良反应,细胞相对增殖率大于90%,符合国颁标准对医疗器械的生物安全性要求,预示其有望作为人工皮肤材料应用于临床医学。     

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。     

不同温度下环氧化合物与丝素蛋白作用形成的凝胶结构

用氨基酸分析、热分析以及溶解法分析了丝素蛋白与环氧化合物(PGDE)在不同反应温度下形成的凝胶的微观结构。结果表明:在较高温度下形成的凝胶(CFG),其丝素蛋白上的酪氨酸(Tyr)、组氨酸(His)和赖氨酸(Lys)与PGDE发生了交联,热分解峰出现在299.4℃,难溶解。CFG形成了环氧化合物与丝素蛋白大分子交联的三维网络结构。而在冰点以下形成的凝胶(PFG),其丝素蛋白没有发生交联反应,热分解峰出现在294.7℃,较容易溶解。PFG具有丝素分子之间氢键结合的三维网络结构。     

不同结构丝素蛋白对羟基磷灰石结晶的调控作用

探讨不同结构丝素蛋白对羟基磷灰石结晶的影响,可为羟基磷灰石/丝素蛋白复合材料应用于骨组织工程支架材料的研究提供依据。用中性盐水解的方法获得以无规卷曲结构为主的丝素蛋白(SF),再经乙醇处理得到具有β-折叠结构的丝素蛋白(ALSF)。以两种不同结构的丝素蛋白作为羟基磷灰石(HA)沉积的有机模板,通过共沉淀的方法获得HA/SF和HA/ALSF复合粉末。利用红外吸收光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等对复合材料样品进行检测和分析表明,2种丝素蛋白均对HA晶体的形核和生长产生影响,但不同结构丝素蛋白调控生成的复合材料其形貌和结晶尺寸有所不同。     

一种新型丝素支架材料的体内降解试验

将制备的冷冻致孔新型丝素支架材料植入兔耳皮下进行体内降解试验,评价丝素支架材料的降解规律以及生物相容性。对植入丝素支架材料的兔耳进行肉眼外观观察、组织切片观察和扫描电子显微镜观察。肉眼外观观察发现植入丝素支架材料部位的皮肤无明显红肿,经过28周左右皮下材料植入部位的突起逐渐消失;组织切片观察发现该丝素支架材料引起的组织反应较弱;扫描电子显微镜在28周时只观察到将近消失的丝素支架材料种植腔,表明材料已基本降解。相比之下28周时丝素膜仍完好,无明显降解。研究结果表明,冷冻致孔新型丝素支架材料有望开发为一种生物相容性优良的可降解吸收性组织工程支架材料。     

丝素蛋白膜作为葡萄糖氧化酶载体的研究

采用戊二醛共价交联法将葡萄糖氧化酶（GOD）固定在丝素膜上，探讨了酶的固定化方法，研究了固定化酶膜的动力学性质，并与包埋法制备的酶膜进行了比较。共价法可获得高活力的酶膜（534u／cm2），固定化过程中使用甲醇或戊二醛处理对酶活力有轻微影响。固定化GOD最适pH值向中性偏移（pH7．0），最适温度为50℃，热稳定性提高，表观米氏常数比溶液酶降低，酶膜的贮存稳定性良好。     

N-乙酰半胱氨酸联合家蚕丝素蛋白解酒效果的动物试验

为了开发解酒效果更好的蚕丝功能性食品,将具有氧自由基清除作用,易进入肝细胞的N-乙酰半胱氨酸添加入家蚕丝蛋白粉中,调查其对ICR种小鼠血液中乙醇的分解效果。N-乙酰半胱氨酸联合家蚕丝素蛋白灌胃处理较家蚕丝素蛋白灌胃处理对小鼠血液中的乙醇具有更好的分解效果:前者使小鼠血液中的乙醇浓度在灌胃乙醇30 min后就快速下降,至4 h时,小鼠血液中的乙醇浓度仅为对照组的8.1%;后者使小鼠血液中的乙醇浓度在灌胃乙醇120 min后开始下降,至4 h时,小鼠血液中的乙醇浓度为对照组的65.6%。N-乙酰半胱氨酸联合丝素蛋白对雌、雄ICR种小鼠和SD种大鼠的急性毒性试验结果显示,其LD50均大于10 g/kg,且在试验剂量范围(2.5、5.0、10.0 g/kg)内,对小鼠骨髓多染红细胞微核率及精子畸形发生率均未见有明显影响。在丝素蛋白粉中添加适量N-乙酰半胱氨酸后,能增强对供试动物血液中乙醇的分解作用,且无明显的毒副作用。