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/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。     

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。     

低溶胀壳聚糖/丝素蛋白复合膜的制备及性能测试

为改善单纯壳聚糖膜用作医用创面敷料在湿环境下的力学性能,将壳聚糖(CS)和家蚕丝素蛋白(SF)混合,采用延流法制备壳聚糖/丝素蛋白(CS/SF)复合膜。物理与机械性能测试表明:CS/SF复合膜的溶胀率较单纯CS膜显著降低,且其溶胀能力具有pH依赖性;CS/SF复合膜的水蒸气透过率较单纯CS膜略有下降,但仍保持在2 043～3 363 g/(m2.d);CS/SF复合膜在湿环境下的力学强度较单纯CS膜显著提高,当加入SF的质量分数为15%时,复合膜的力学性能最好,其拉伸强度为34.5 MPa±1.8 MPa,比单纯CS膜提高近18%,而其断裂伸长率也由初始的83.1%±6.7%提高到119.3%±8.2%。CS/SF复合膜具有较好的药物释放性能,对抗感染药物盐酸万古霉素表现出在初始1 h内的突释行为和随后较长时期的缓释行为,十分有利于降低感染和加速伤口愈合。此外,CS/SF复合膜对STO小鼠胚成纤维细胞具有良好的生物相容性。各项性能测试显示CS/SF复合膜作为医用敷料具有潜在的应用前景。     

EDC诱导丝素蛋白制备水稳定性和延展性增强的丝素膜

为拓展丝素蛋白(silk fibroin, SF)膜在皮肤组织工程中的应用,文中通过制备含有一定比例交联剂1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺(1-ethyl-3-(3-dimethylamino-propyl) carbodiimide, EDC)的SF水溶液,得到了水稳定性和延展性增强的丝素蛋白膜,并对所得丝素蛋白膜的溶失率、力学性能、交联度和二级结构进行了表征和分析。与纯SF膜(silk fibroin film, SFF)相比,EDC处理的SF膜(SFF-EDC)的溶失率从98.2%大幅下降到6.1%;力学性能方面,按EDC∶SF质量比为10∶100制备的丝素膜SFF-10EDC的断裂伸长率达到170.97%,是SFF的60倍;EDC可引起SF链分子内和分子间酰胺键的形成,促进SF分子构象从无规卷曲转变为β折叠结构。结果表明,在与SF的相互作用中EDC不仅可作为交联剂,还可作为增塑剂。该研究为构建柔性SF膜提供了新方法。     

丝素蛋白对重金属离子吸附性能的研究

丝素蛋白是蚕丝的主要组成部分,拓展其用途具有重要的意义。本文对不同状态下的丝素蛋白(溶液状、凝胶状、粉末状)对重金属离子(以铜、锌、铅为例)的吸附性能进行了研究。结果显示:在单一离子实验中,溶液状对于锌离子的吸附能力最强,最高可吸附33.3%;而凝胶状和粉末状则对于铜离子的吸附能力最强,最高分别为18.6%和11.7%;在混合离子溶液中,丝素蛋白对金属离子的吸附规律基本与单一离子溶液一致,且吸附量也相近。     

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.     

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。     

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。     

具有交联结构的丝素蛋白质凝胶的理化特性

用二缩水甘油基乙醚作为交联剂制备的丝素蛋白质凝胶（ Ｃ Ｆ Ｇ） 具有良好的强度和柔韧性。根据制作条件可达压缩强度＞ １００ｇ／ ｍ ｍ ２ ,压缩变形率＞ ６０ ％ 。 Ｃ Ｆ Ｇ 在中性溶液中很少有丝素蛋白质溶出,但能被胰蛋白酶分解。     

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。     

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。     

丝素降血糖效果的初步研究

以高血糖小白鼠为实验动物,测定了丝素粉、丝素溶液的降血糖效果。用等量丝素粉、丝素溶液及降血糖药剂盐酸二甲双胍片灌胃的高血糖小白鼠的餐后血糖值,在4周后分别下降了13.81%、16.33%、18.41%。与已经开发利用的化学降血糖药剂盐酸二甲双胍片相比,丝素降血糖的效果也比较明显。研究结果可为蚕丝资源的综合利用和开发人体降血糖保健食品提供试验数据。     

丝素蛋白/戊二醛对脆弱丝绸织物加固的工艺条件研究

采用丝素蛋白和交联剂戊二醛作为加固脆弱丝绸织物的材料,通过正交试验,研究了丝素蛋白和戊二醛的质量浓度、浸渍时间等因素对脆弱丝绸织物断裂强度、断裂伸长率、增重率、回潮率、色差、硬挺度等的影响,得出较优的加固处理工艺方案:丝素蛋白质量浓度为5 g/L,戊二醛质量浓度为0.05 g/L,在丝素蛋白溶液中的浸渍时间(t1)为40 min,戊二醛中的浸渍时间(t2)为60 min。在此工艺条件下,丝素蛋白/戊二醛对脆弱丝绸织物的加固效果明显,而且手感和外观较好。可利用该方法及工艺对丝绸文物进行加固保护。     

抗菌药物丝素膜的研制及应用

介绍了一种含抗菌药物丝素膜的制备方法。通过性能检测 ,表明该药物丝素膜不仅具有普通丝素创面保护膜优良的物理、化学和生物学性能 ,而且具有良好的杀菌作用 ;临床试验也表明该药物丝素膜既具有保护创面的作用 ,又能有效地控制创面感染 ,促进创面愈合 ,可作为一种抗感染的创面覆盖材料应用于烧伤感染创面     

丝素肽开发应用及其前景

丝素肽是丝素蛋白的水解产物，分子量较低，它既有丝蛋白原有的优良特性，又有许多新的用途，具有很好的开发前景。目前已经研究出许多令人瞩目的成就。本文综述了丝素肽的制备方法并且结合国内几十年关于丝素肽性能的材料，总结出其应用领域以及开发前景。     

家蚕丝素蛋白铜元素螯合物的制备及其对动物生理影响研究

以水解丝素粉螯合微量金属元素,通过改变螯合液的PH值可以调节微量金属元素的螯合量,螯合的金属元素改变了丝素肽的分子结构及其蛋白末端羧基的性质.经动物实验证明丝素蛋白-铜螯合物对小鼠和大鼠均无毒或异变影响.