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%。     

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。     

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。     

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。     

丝素膜的结构测定和分析

对脱胶丝素纤维、初生丝素蛋白膜、固定化ＧＯＤ－丝素膜结构进行了红外光谱分析。三者红外光谱图差异明显，丝素纤维为典型的丝Ⅱ（双向平行的β片层）结构，初生丝素膜的红外光谱显示无规卷曲或丝Ⅰ构型的特征，经戊二醛活化处理后制备的酶膜，在７００ｃｍ－１处有一显著吸收峰，表明其构型向β型转变，丝素膜的水溶率变化也证实了红外光谱显示的结果。     

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。     

三聚氰胺/聚乙烯醇共混膜的制备及其性能

三聚氰胺纤维具有优良的阻燃性能,但其成膜性和力学性能较差。在不影响其阻燃性能条件下,为改善三聚氰胺树脂(MF)的成膜性能,本文将制得的MF溶液和聚乙烯醇(PVA)溶液混合,以饱和Na2SO4的溶液为凝固浴,制备了不同共混质量比的MF/PVA共混膜,研究了共混膜的相容性,力学性能,吸湿和保湿性以及阻燃性能,并利用红外光谱、扫描电镜等对共混膜结构进行了表征。     

转基因蚕丝丝素膜的制备与性能表征

以转入蜘蛛丝蛋白基因的转基因家蚕的蚕丝为材料,用普通的流延成膜法即可将转基因蚕丝丝素溶液制备成丝素膜。以分别加入或未加入1%甘油的转基因蚕丝丝素膜和普通蚕丝丝素膜作为测试样品,通过傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)及机械性能测试和扫描电子显微镜(SEM)观察等手段表征转基因蚕丝丝素膜的结构与性能变化。与含1%甘油的普通蚕丝丝素膜比较,含1%甘油的转基因蚕丝丝素膜仍旧含有较多的无规卷曲和α螺旋结构,膜的表面较为粗糙,水蒸气透过量增加了15%~20%,水中溶失率略有增加(为22%),应变增加了1倍左右(为38.5%),耐久性也更优(为164次±11次)。此外,转基因蚕丝丝素膜和普通蚕丝丝素膜与1%甘油共混后,膜的结构和性能均得到明显改善。研究结果表明,含蜘蛛丝蛋白的转基因蚕丝丝素膜的结构较松散,表面孔隙变大,力学性能改善,更具有作为生物医用材料应用的优势。     

盐类对丝素溶解效应的研究

用０．５％Ｎａ２ＣＯ３溶液对茧层进行不同时间的脱胶试验,结果表明：０．５％Ｎａ２ＣＯ３溶液煮沸１ｈ对茧丝脱胶效果较好,可达２７．２％;将脱胶后的丝素烘干,用ＣａＣＩ２、ＭｇＣＩ２、ＺｎＣＩ２三种不同的氯化物控制在６０℃、８０℃和１００℃不同的恒温下,每种药品均配成３０％、４０％、５０％、６０％四种不同浓度分别处理０．５ｈ、１ｈ、１．５ｈ,经分析比较得知ＺｎＣＩ２对丝素溶解性能最好,其次为ＣａＣＩ２     

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。     

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。     

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。     

磺酸化丝素蛋白的二级结构及免疫原性研究

以丝素蛋白为原料,采用偶氮盐法进行修饰获得磺酸化丝素蛋白。利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FT-IR)仪获取磺酸化丝素蛋白及不同有机溶剂处理后的样品光谱,通过傅里叶自退卷积、二阶导数及曲线拟合方法测算磺酸化丝素蛋白各二级结构比率的变化,并对其免疫原性进行动物试验分析,探讨磺酸化丝素蛋白在医学组织工程的应用价值。冷冻干燥得到的磺酸化丝素蛋白二级结构β-折叠、无规卷曲、α-型、β-转角的比率依次为10.97%±1.32%、59.92%±2.72%、17.50%±2.13%、11.61%±1.17%。磺酸化丝素蛋白经不同种类有机醇溶剂处理后,诱导二级结构变化的速度不同,并随着处理时间的延长,诱导磺酸化丝素蛋白结构改变的速率减缓。经有机醇溶剂处理后,二级结构中的无规卷曲转变成SilkⅠ型的α-型,然后转变成较稳定的SilkⅡ型的β-折叠,且在不同溶剂中无规卷曲和α-型间可相互转化。通过小鼠脾细胞(T、B细胞)的刺激反应性试验发现磺酸化丝素蛋白的免疫原性低。研究结果表明,磺酸化丝素蛋白具有较低免疫原性以及其二级结构可以通过有机醇类进行调节的特点,有望开发成为一种生物相容性优良、可降解吸收的组织工程及药物缓控释材料。     

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。     

丝素蛋白溶液乳化性质的研究

探讨了丝素蛋白质在生物材料领域内作为微胶囊壁材应具有的相关理化性质。经钙盐解的丝素蛋白质溶液具有良好的乳化特性和稳定性,在pH 3～10范围内其乳化特性和稳定性变化不是很明显。随着丝素浓度的增加,丝素蛋白的乳化特性、起泡性及其稳定性增强,溶液呈乳白色均匀体系。丝素蛋白的这些良好性质为制备丝素蛋白微胶囊奠定了物质基础。     

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。     

丝素、丝胶质量标准指标的研究

为进一步制订丝素和丝胶的质量标准,并用以指导蚕丝蛋白规范生产,检测分析了丝素与丝胶中的氨基酸含量、干燥失重和灰分等质量指标,砷、铅等重金属含量的安全性指标,以及菌落总数、大肠菌群和致病菌等微生物指标。参照食品、化妆品等国家标准限量规定,结合蚕丝蛋白的特性和生产制备现状,初步提出了评价丝素与丝胶质量优劣的指标及相应的数值范围。