丝素蛋白水凝胶的凝胶机理及改性方法研究进展

水凝胶材料由于具备与人体软组织相似的特性而极具医用价值。以丝素蛋白为原料,采用有机溶剂诱导法可将丝素蛋白的凝胶时间由数天缩短到数小时;用碳化二亚胺(EDC)作活化交联剂制备的丝素/胶原复合水凝胶其储存模量可达10k Pa;通过酶催化作用交联形成的丝素蛋白水凝胶植入动物体内后,兼具良好的组织相容性与可生物降解性。本文首先阐述丝素蛋白水凝胶的凝胶机理,然后系统介绍了国内外多种丝素蛋白水凝胶的制备与改性方法及其基础原理,分析了丝素蛋白水凝胶作为新型生物材料在未来的临床医学应用中具有的巨大潜力,并提出了今后该领域需要攻克的基础理论问题与产品临床应用需要解决的技术问题。     

丝素蛋白作为药物载体的研究进展

丝素蛋白作为一种具有优良性能的天然高分子材料,在生物医学领域被深入研究。丝素蛋白材料形态易塑,生物相容性良好,生物降解性可控且降解产物无毒,因此是理想的药物载体。本文综述了丝素膜、丝素凝胶、丝素纳米纤维和丝素微球等不同类型的药物载体,并展望了其研究和应用前景。     

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。     

冷冻干燥对丝素蛋白凝胶结构的影响

为了探讨冷冻干燥对丝素蛋白凝胶结构的影响,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了丝素凝胶在冷冻干燥前后二级结构的变化。发现在冷冻干燥过程中,丝素蛋白中分子链内β-折叠结构含量增加,分子链间β-折叠结构含量减少,并有部分无规卷曲结构转变为β-折叠结构;但冷冻干燥前后总的β-折叠结构含量变化不大。     

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。     

Ca2+对CdTe量子点复合丝素蛋白凝胶的影响

本实验利用LiBr法溶解丝素并制备其蛋白凝胶,基于CdTe量子点(quantum dots,QDs)本身固有的优良光学性能,通过荧光分光光度计分别测定不加Ca2+时和加入不同浓度的Ca2+时,CdTe量子点与丝素蛋白凝胶复合过程中荧光强度的变化,该实验结果证明CdTe量子点与丝素蛋白凝胶的复合需要Ca2+的介导,并且在一定范围内二者结合强度与Ca2+的加入量呈正相关性.     

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。     

不同分子质量丝素肽的形貌结构与止血性能

为了利用蚕丝开发天然医用止血材料,以Ca Cl2-乙醇-水三元体系在不同温度条件下水解丝素蛋白并经喷雾干燥制备丝素肽,通过凝胶色谱、红外光谱、扫描电子显微镜、高效液相色谱仪等观测丝素肽的分子质量分布、形貌结构以及氨基酸组成和含量,通过凝血弹性描记分析(TEG)、大鼠肝脏止血模型和体外细胞毒性实验评价丝素肽的止血性能及细胞相容性。丝素蛋白在48℃条件下水解24 h获得的丝素肽分子质量分布在12~76 k D范围,平均分子质量为30 k D;在98℃条件下水解24 h获得的丝素肽分子质量分布在3.9~32.0 k D范围,平均分子质量为12 k D。2种丝素肽的二级结构均以无规卷曲为主,平均分子质量为30 k D的丝素肽存在部分β-折叠结构,且在水中易形成凝胶,用于处理大鼠肝脏止血模型时的出血量少,止血时间短,止血效果优于平均分子质量为12 k D的丝素肽,与Arista止血粉相近,且无细胞毒性,有望开发为体外快速止血材料。     

丝素蛋白应用于药物缓控释系统的研究进展

药物缓控释系统可以延缓药物在人体内的释放、吸收、代谢及排泄,增强药效,降低毒副作用。丝素蛋白生物材料以其制备工艺条件温和、力学性能可控、生物相容性好等特点,在药物缓控释系统中的应用研究受到广泛关注。本文介绍丝素蛋白应用于膜剂、包衣、载药微球、微针和凝胶等药物缓控释系统的研究进展。在上述药物缓控释系统中,通过改变丝素蛋白的使用形式、控制丝素蛋白溶液的浓度和丝素蛋白β-折叠结构的含量,可以调节药物的释放行为。丝素蛋白的制备工艺对材料性能和系统缓控释动力学的影响、材料在体内不同部位的降解速率及其体内与体外释药性能的关系、新型药物投递系统的开发等,将是该领域有待深入研究的关键问题。     

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。     

丝素作为固定化酶载体材料的研究进展

酶的固定化在化学、生物医学以及生物感应器等领域应用较广。固定化酶的效果在很大程度上取决于载体结构。丝素作为固定化酶载体材料有其独特的优势。本文综述了国内外以不同的丝素形态作为固定化酶载体材料的研究进展,重点介绍了非纳米丝素固定化酶和纳米丝素固定化酶（丝素纳米颗粒和丝素纳米纤维）的研究进展。     

丝素组织工程支架的研究进展

随着组织工程学的兴起,丝素组织工程支架也已成为丝素生物材料研究的热点,以丝素为材料的多种形态的组织工程支架已用于各种细胞组织构建的研究。主要介绍丝素组织工程支架的制备,以及丝素组织工程支架用于骨、软骨、韧带和肌腱等细胞组织构建的研究进展,并展望丝素作为组织工程支架材料的研究发展趋势,以期为丝素组织工程支架的深入研究提供参考。     

纳米丝素颗粒药物缓释剂的研制及在治疗小鼠溃疡性结肠炎中的药物控制释放作用

利用天然丝素良好的生物相容性和生物可降解性,制备纳米丝素颗粒作为药物缓释载体。通过磷酸盐缓冲液及乙醇综合处理1 mg/mL丝素蛋白溶液得到颗粒直径比较均匀的纳米级丝素颗粒。电子显微镜下观察到丝素蛋白在pH 8.0的磷酸盐缓冲液作用下其链状胶束结构发生聚集而将药物包裹,自组装形成规则的直径为200～600 nm的球形颗粒,完成与药物的结合,即药物的搭载。在pH 8.0的缓冲液中,单纯柳氮磺吡啶(SASP)药物粉末在1 h左右即将药量的90%释放出来,而加入纳米丝素蛋白的丝素载体药物2 h释放出约60%的药物量,使达到最高药物浓度的时间比单纯药物粉末延长,从而延长药物作用时间,有利于机体对药物的有效吸收利用。将丝素载体药物用于治疗人工诱导小鼠慢性溃疡性结肠炎,结果丝素载体药物治疗组小鼠6～12 h血液药物浓度和结肠组织中的药物浓度降低幅度要低于单纯SASP药物治疗组小鼠,证实了纳米丝素蛋白具有良好的载药、释药功能。     

采用吡啶三氧化硫制备硫酸化丝素及其抗凝血性能检测

硫酸化丝素是一种新型的蛋白基抗凝血医用材料。以丝素蛋白和吡啶三氧化硫为原料制备可溶性硫酸化丝素。对硫酸化处理不同时间获得的丝素蛋白样品进行红外光谱检测,结果表明用吡啶三氧化硫处理可溶性丝素蛋白2h以上可以将SO42-接枝到丝素蛋白上,当处理时间达到6h后含硫量达到最大值(1.26mmol/g)。将此硫酸化丝素配制成质量浓度为0.8mg/mL的溶液,其抗凝血效果能达到0.06mg/mL肝素钠的抗凝血水平,使血液在1h内不会凝固。该制备方法简单易行,得到的硫酸化丝素的抗凝血效果良好,有望进一步开发成为新型医用抗凝血材料。     

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。     

丝素蛋白缓释微球的研究进展

微球是以高分子材料为载体包裹或吸附药物而制成的微小球状实体,粒径范围一般为1～500μm。丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然蛋白质,具有良好的生物相容性、可降解性和理化性能,被广泛应用于手术缝合线、人工皮肤、组织工程材料、细胞培养基、药物缓释载体等。以丝素蛋白为原料制备的丝素微球,具有比表面积大、可生物降解、生物相容性好等优点,因此被广泛地研究。本文介绍了丝素蛋白缓释微球的研究现状,并对丝素微球的发展前景做出了展望。     

纳米TiO2/丝素复合膜与普通丝素膜的分子构象差异成因分析

在制备纳米TiO2 /丝素复合膜的基础上 ,以普通丝素膜作对照 ,进行了原子力显微镜观察 (AFM)、扫描电子能谱分析 (EDS)和差热分析 (DSC)。复合膜比普通丝素膜有明显的凹凸 ,纳米TiO2 以粒径 5 0nm均匀分散 ,无明显团聚。复合膜的结晶度高于普通丝素膜 ,吸热最高峰温度高于普通丝素膜 2 8℃。加入TiO2 有利于增大丝素膜中结晶区的比例 ,促进丝素无规卷曲构象 β 折叠构象的转化。     

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。