（特种经济动物饲养专业论文）两种生物可降解复合材料的制备及其结构性能研究.pdf

目录 摘要v a b s t r a c t 一v n 第一章文献综述和立题依据1 1 丝素蛋白在生物材料领域的应用研究进展”2 1 1 脱胶丝纤维的应用3 1 2 再生丝素蛋白溶液的应用“4 1 3 再生丝素蛋白膜的应用4 1 4 静电纺再生丝素无纺布的制备及应用5 1 5 丝素蛋白水凝胶及海绵多孔状材料的应用7 2p b s 的研究现状与进展9 2 1p b s 的降解性”1 0 2 2p b s 的改性研究”1 1 2 3 静电纺p b s 微纳米纤维无纺布研究进展1 1 2 4p b s 的生物材料应用1 2 3p l a ( 聚乳酸) 简介”1 3 4f e 3 0 4 ( 四氧化三铁) 纳米颗粒简介1 3 5 静电纺丝技术介绍1 4 5 1 静电纺丝技术的基本原理1 4 5 2 静电纺丝技术的研究历史1 5 5 3 静电纺丝装置1 6 5 4 静电纺丝过程与控制参数“1 6 5 5 静电纺丝聚合物”1 7 6 本课题的目的及意义”18 第二章丝素纳米f e 3 0 4 复合水凝胶制备及其结构与性能研究1 9 l 材料与方法一- 1 9 1 1 材料1 9 1 2 仪器l9 1 3 丝素，纳米f e 3 0 4 复合水凝胶的制备1 9 1 4 丝素纳米f e 3 0 4 复合水凝胶的结构表征2 1 1 5 丝素纳米f e 3 0 4 复合水凝胶的性能测试2 2 2 结果与分析。2 2 2 1 丝黍纳米f e 3 0 4 复合水凝胶的微观结构分析2 2 2 2 丝素纳米f e 3 0 4 复合水凝胶的分子结构分析2 3 2 3 丝褰鳓米f e 3 0 4 复合水凝胶的晶体结构分析2 4 2 4 丝翥纳米f e 3 0 4 复合水凝胶的热稳定性分析2 5 2 5 丝素纳米f e 3 0 4 复合水凝胶的力学性能分析2 8 3 讨论3 0 4 小结3 2 第三章电纺p l l a p b s 超细纤维膜及其结构性能研究3 3 第一节p l l a p b s 复合超细纤维膜的制各工艺研究3 3 ，1 材料和方法3 3 1 1 材料3 3 1 2 仪器及用具3 3 1 3p l l a p b s 共混纺丝液的配制及粘度测定3 3 1 4p l l 柙b s 复合超细纤维膜的制备3 4 1 5p l l a p b s 复合超细纤维膜的形态表征3 5 2 结果与分析3 6 2 1p l l a 与p b s 共混液的相容性3 6 2 2p u a 与p b s 共混液的粘度3 7 2 3p l l a p b s 复合超细纤维膜的宏观形貌分析3 7 2 4 静纺工艺参数对p l l a p b s 复合超细纤维形成和形貌的影响3 8 2 4 1 共混配比对纤维形貌和直径的影响3 8 2 4 2 静纺电压对纤维形貌和直径的影响4 2 2 4 3 喷射孔内径对纤维形成和形貌的影响：一4 5 2 4 4 接收距离对纤维形成和形貌的影响4 6 2 4 5 纺丝液流量对纯p b s 电纺产物形貌的影响4 8 3 小结4 9 第二节p i ，i ，a p b s 超细纤维膜的结构性能研究5 0 1 材料与方法5 0 l i 1 1 材料。5 0 1 ，2p l l b s 复合超细纤维膜制备5 0 1 3p l l a p b s 复合超细纤维膜的结构表征5 0 1 4p l l a p b s 复合超细纤维膜的力学性能测试j 5 0 2 结果与分析51 2 1p l l a p b s 复合超细纤维膜的分子结构分析51 2 2p l l 们b s 复合超细纤维膜的热稳定性分析5 2 2 3p i i a 伊b s 复合超细纤维膜的力学性能分析5 3 3 讨论一- 5 7 4 小结”j 5 8 第四章全文总结5 9 参考文献6 1 0i w q i * “6 1 致谢- = 6 9 硕士期间发表论文一一7 0 i l l 缩写 s f p b s p l l a f t - i r s e m t g a d c m g l m g m l r a i n r h 英文 本文所用缩写说明 s l i kf i b r o i n p o l y ( b u t y l e n es u c c i n a t e ) p o l y ( l l a c t i ca c i d ) f o u r i e rt r a n s f o r mh a f i - a r e ds p e c t r a s c a n n i n ge l e c l r o nm i c r o s c o p y t h e r m a lg r a v i m e t r i ca n a l y s i s c e l s i u st e m p e r a t u r e d a y c e n t i m e t e r g r a m l i l r e m i l l i g r a m m i l l i l i t e r m i n u t e r e l a t i v en u m i d i t y 中文说明 丝素蛋白 聚丁二酸丁二醇酯 聚左旋乳酸 傅立叶变换红外光谱 扫描电子显微镜 热重分析 摄氏度 天 厘米 克 升 毫克 毫升 分钟 相对湿度 摘要 生物可降解材料具有优良的生物相容性与理化性能，在生物医学领域得 到了广泛应用。本文以组织工程支架应用为目的，分别制备了丝素一纳米四氧 化三铁复合水凝胶和p l l a p b s 超细纤维膜两种生物可降解复合材料，并通 过扫描电镜、热重分析、机械拉伸等分析测试手段对复合材料进行了结构表 征和性能测试。具体研究结果如下： 1 建立了一套实验室制备丝素蛋白水凝胶的工艺流程，并制得了形貌较 为规整的圆柱状丝素一纳米f e 3 0 4 复合水凝胶。该凝胶具有疏松多孔结构，且 孔隙较为规整一致。结构分析表明，各种类型丝素纳米f e 3 0 4 复合水凝胶中 丝素蛋白分子的构象皆以b 折叠为主，晶型以s i l ki i 型为主。力学性能测试 表明，增大复合凝胶中丝素含量或纳米f e 3 0 4 含量都可明显提高凝胶的力学 强度，而冷冻干燥处理则有助于在保持凝胶微观结构不变的情况下增大凝胶 的强度。 2 p l l a 与p b s 溶液共混后相容性良好。共混液的粘度随p l l a 含量的 增加而增大。共混液经电纺后，得到平均厚度为16 6 1 m a 、直径范围为4 - 6 c m 的圆片状复合超细纤维膜。 3 研究了电纺工艺参数对p i ，i a p b s 超细纤维形成，形貌及直径的影 响。结果表明，随复合膜中p l l a 含量的增加，纤维的平均直径从0 4 1 9 i n 增加到2 1 6 9 r n ，纤维直径的标准差变大，纤维的形貌从珠串状纤维变为平滑 纤维，继而又变为含绪丝的粗纤维。随电压的增大，纤维的平均直径先增大 后减小，总变化趋势是从0 9 7 阻n 增大到1 7 2 p r o ，直径的标准差则先减小后 增大。本试验所得复合超细纤维直径的最小值为0 2 1 3 9 m ，最大值为7 7 8 4 j x m 。 4 喷射孔内径为1 2 m m 时所得纤维表面平滑，形貌较好。接收距离减 小，会导致纤维粘连，甚至重新溶解形成薄膜。纺丝液流量加大，致使纯p b s 溶液电纺产物变为致密的薄膜结构。可纺出表面平滑，形貌较好，且直径分 布相对较窄的p l l a p b s 复合超细纤维的电纺工艺条件为：配比为6 ；4 ，电 压3 0 k v ，喷射孔内径1 2 m m ，纺丝液流量2 8 9m l h ，接收距离1 7 c m ，室 温室湿。 5 不同配比的p l l a p b s 超细纤维膜的红外光谱比较分析及热失重分 析表明，复合膜中p l l a 与p b s 两组分主要以物理共混的状态存在于膜中， v 膜的热稳定性随材料中p b s 含量的增加而明显提高。 6 力学性能测试显示，随着复合膜中p l l a 含量的增加，薄膜的弹性模 量与抗拉强度逐渐增大，延伸率和断裂韧性亦增大。共混比为6 ：4 ，电压为 2 5 k v 时所得复合膜的延伸率最大，电压为3 0 k v 时，所得复合膜的断裂韧 性最大。p l l a 与p b s 共混比为8 ：2 时所得电纺膜，具备较高的弹性模量和 抗拉强度，同时拥有最高的延伸率和断裂韧性值，为具有最佳强韧性组合的 超细复合纤维膜。 关键词：丝素蛋白：聚丁二酸丁二醇酯；聚左旋乳酸；水凝胶；静电纺丝： 超细纤维；性能 v i p r e p a r a t i o n ，s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f t w ok i n d so f b i o d e g r a d a b l ec o m p o s i t e s a b s t r a c t b i o d e g r a d a b l e m a t e r i a l sh a v ee x c e l l e n t b i o c o m p a t i b i l i t y a n d p h y s i c a l - c h e m i c a lp r o p e r t i e s i th a sb e e ne x t e n s i v e l ya p p l i e di nt h eb i o m e d i c a l f i e l d s i nt h i st h e s i s ，w ef a b r i c a t e dt w ot y p e so fb i o d e g r a d a b l em a t e r i a l sw i t h n a t t l r a lb i o d e g r a d a b l em a t e r i a l ( s i l kf i b r o i n ) a n ds y n t h e t i cb i o d e g r a d a b l ea l i p h a t i c p o l y e s t e r - b a s e dm a t e r i a l s ( p o l y ( b u t y l e n es u c c i n a t e ) a n dp o l y ( l - l a c t i ca c i d ) s i l kf i b r o i n h y d r o g e l i sak i n do fm e d i c a lm a t e r i a l sw i mg o o d b i o d e g r a d a b i l i t ya n db i o c o m p a t i b i l i t y i th a sb e e nw i d e l yu s e da sab i o m e d i c a l m a t e r i a li nr e c e n ty e a r s i t sp o o rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dt h e r m a ls t a b i l i t yr e s t r i c t i t sa p p l i c a t i o ni nm e d i c a lf e l d t h e r e f o r e ，w ef n s tf a b r i c a t e ds i l kf i b r o i nh y d r o g e l r e i n f o r c e db yn a n o - f e 3 0 4p a r t i c l e s b yb l e n d i n gn a n o f e 3 0 4p a r t i c l e s 、柝也s i l k f i b r o i ns o l u t i o n , t h es f n a n o - f e 3 0 4c o m p o s i t eh y d r o g e lw a sp r e p a r e d ，a n di t s p r o p e r t i e s a n ds t r u c t u r e sw e r ec h a r a c t e r i z e x ac y l i n d r i c a ls f n a n o f e 3 0 4 c o m p o s i t eh y d r o g e lw a so b t a i n e d t h ec o m p o s i t ew e r ec h a r a c t e r i z e db yh i g h p o r o s i t y , w h i c hw e r ef a v o r a b l ep a r a m e t e r sf o rc e l lg r o w t ha n dp r o l i f e r a t i o n m i c r o s t m c a t m la n a l y s i si n d i c a t e dt h a tf i b r o i nm a i n l yh a ss i l ki is t r u c t u r ei na l l t y p e s o fs i l kf i b r o i nh y d r o g e l t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs f n a n o - f e 3 0 4 c o m p o s i t eh y d r o g e lw e r em a r k e d l yi m p r o v e dw i t hi n c r e a s i n gt h es i l kf i b r o i no r n a t l o f e 3 0 4c o n t e n ti nt h ec o m p o s i t e s p b sa n dp l l aa r et w ok i n d so fs y n t h e t i cb i o d e g r a d a b l em a t e r i a l sw i t l lg o o d b i o d e g r a d a b i l i t y a n d b i o c o m p a t i b i l i t y i t h a sb e e n e x t e n s i v e l ya p p l i e d i n b i o m a t e r i a lf i e l d s b u tp u r ep b sf i l mi sf r a n g i b l ea n dh a sl o wb i o d e g r a d a t i o nr a t e m e a n w h i l e ，p l l ah a s p o o rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dt h e r m a ls t a b i l i t y i no r d e rt o i m p r o v et h ep r o p e r t i e so f b o t hp l l aa n dp b s w ef a b r i c a t e du l t r a f i n ep l l a p b s f i b e rn o n w o v e nb ye l e c t r o s p i n n i n g ，a n ds t u d i e di t sp r o p e r t i e sa n ds t r u c t u r e s f u r t h e r m o r e ，t h ei n f l u e n c eo fb l e n dr a t i o ，e l e c t r o s t a t i cv o l t a g e ，c o l l e c t i o nd i s t a n c e ， a p e r t u r eo fi n j e c t o r n o z z l ea n df l o wr a t eo nt h es p i n n a b i l i t yo fp l l a p b s v i i s o l u t i o n sa n dm o r p h o l o g yo fe l e c t r o s p u np l l a p b su l u a f i n ef i b e r sw e r e i n v e s t i g a t e d a no p t i m a le l e c t r o s p i n n i n gc o n d i t i o nw a so b t a i n e di np r o d u c i n g u n i f o m lc y l i n d r i c a tf i b e r s n l ee x p e r m a e n t a lr e s u l t sf i r s ts h o w e dt h a tt h em i x t u r e s o l u t i o no fp b s p l l ah a sg o o dm i s c i b i l i t y , a n dt h ev i s c o s i t y , c o m p a t i b i l i t ya n d s p i n n a b i l i t yo ft h em i x t u r es o l u t i o ni n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gt h ep l l ac o n t e n t s e c o n d ，t h ed i a m e t e ro fp l l a p b sc o m p o s i t ef i b e r sw a sa b o u t0 213 7 7 8 4 i _ t r n a l o n gw i t ht h ev i s c o s i t yo fs p i n n i n gs o l u t i o ni n c r e a s i n g ，t h ec o m p o s i t ef i b e r s a v e r a g ed i a m e t e ri n c r e a s e df r o m0 41 肛nt o2 16 1 x r n , a n dt h es t a n d a r dd e v i a t i o no f a v e r a g ed i a m e t e rw a sa l s oi n c r e a s e d a l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n gv o l t a g e ，t h e c o m p o s i t ef i b e r s a v e r a g ed i a m e t e r r a sf i r s ti n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s e d , b u ti t s s t a n d a r dd e v i a t i o nw a sf i r s td e c r e a s e da n dt h e ni n c r e a s e d w h e nt h ec o n t e n to f p l l ai n c r e a s e d , t h es h a p eo ff i b e rc h a n g e df r o mb e a d e df i b e r st os m o o t hf i b e r s ， b u tt h e nh i g hp l l ac o n t e n tm a d et h em o r p h o l o g yo ft h ef i b e r sw o r s e u n d e rt h e t e c h n i c a lp a r a m e t e r so f b l e n dr a t i oo f 6 ：4 ，v o l t a g eo f 3 0 k v , n e e d l e - o r i f i c eo f1 2 r a m d i a m e t e r , f l o wr a t eo f2 8 9m r & e l e c t r o d ed i s t a n c eo f1 7 c m , t h ee l e c t r o s p u n u l t r a f i n ef i b e r sh a dn a r r o w e rd i a m e t e rd i s t r i b u t i o n sa n db e s tm o r p h o l o g y f t i r a n dt g a a n a l y s i si n d i c a t e dt h a tt h e r ew a s n on e wc h e m i c a lb o n df o r m e db e t w e e n t h em o l e c u l e so fp l l aa n dp b s t h et h e r m a ls t a b i l i t yo f e l e c t r o s p u np l l 气p b s u l t r a f i n ef i b e r sw a sm a r k e d l yi m p r o v e dw i t hi n c r e a s i n gt h ep b sc o n t e n ti nt h e c o m p o s i t e s m e c h a n i c a lt e s ts h o w e dt h a ta l o n gw i t hm ep l l ac o n t e n ti n c r e a s i n g t h ee l a s t i cm o d u l u sa n dt e n s i l es t r e n g t ho f c o m p o s i t ef i l mw a si n c r e a s e d , a n dt h e e l o n g a t i o na n df r a c t u r et o u g h n e s so ff i l mw a sa l s oi n c r e a s e d w h e nt h eb l e n dr a t i o w a s8 ：2 ，m ec o m p o s i t ef i l mh a st h eb e s tm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s k e yw o r d s ：s i l kf i b r o i n ；p o l y c o u t y l e n es u c c i n a t e ) ；p o l y ( l l a c t i ca c i d ) ；h y d r o g e l ： e l e c t r o s p i n n i n g ；u l t r a f m ef i b e r ；b i o d e g r a d a t i o n v i i i 山东农业人学硕1 ：学位论文 第一章文献综述和立题依据 生物材料是指生物体材料和各种医用材料，特别是对生物体进行诊断、 治疗、置换和增进某受损组织和器官的功能性材料。根据生物性能的不同， 生物材料大致可分为生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料、生物复 合材料等四类。 生物可降解材料是指那些被植入体内之后，能够不断地在体内分解，且 分解产物能被生物体所吸收或排出体外的一类材料。根据材料的来源，可分 为天然降解高分子材料和合成降解高分子材料两类。天然降解高分子材料， 如胶原蛋白、丝素蛋白、壳聚糖等，一般具有生物相容性好，降解产物易吸 收等优点，但同时也存在诸如强度和加工性能差，降解速度不可调等缺陷。 而合成降解高分子材料，如聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基乙酸、聚酸 酐等，则具有降解速度和强度可调、品种多、选择范围广等性能优势，其缺 点是生物相容性和细胞亲和性差，易产生炎症反应等( 徐晓宙，2 0 6 6 ) o 生物可降解材料主要用于可吸收缝合线、药物缓释载体、组织工程支架 等生物医学领域。组织工程最早于1 9 8 7 年由美国科学基金会提出，是指运用 工程科学和生命科学的原理和方法，研究和开发生物替代物，进而改进、维 持和恢复人体组织功能的- f - j 新兴学科。其基本原理是将细胞在体外培养扩 增后，吸附于预先设计的生物学支架上，构成细胞一支架复合体，植入机体相 应的病损部位。随着细胞长入，支架材料逐渐降解吸收，最终形成具有正常 生理结构与功能的新生组织，从而达到器官再生或修复的目的。 种子细胞、支架材料和生长因子是组织工程的三要素。选择合适的材料 作为细胞生长的支架是组织工程研究的基础，组织工程支架材料应具备良好 的生物相容性，一定的机械强度和生物降解吸收速度，特定的多孔结构和可 塑性等。只有这样才能使细胞在其中获取营养，进行气体交换和排出代谢废 物，最终长成新的组织器官( 段巧艳等，2 0 0 7 ) 。 目前，应用于组织工程支架材料的生物可降解材料中，天然降解高分子 蚕丝素蛋白( s i l kf i b r o i n ，s f ) 和合成降解脂肪族聚酯聚乳酸( p o l y ( 1 a c t i c a c i d ) ，p l a ) 、聚丁二酸丁二醇酯( p o l y ( b u t y l e n es u c c i n a t e ) ，p b s ) 等，由于其 良好的细胞相容性、可控降解性等特性，逐渐成为生物材料领域的研究热点 之，一。 两种生物可降解复合材料的制备及其结构性能研究 随着微纳米科学技术的不断发展，其影响已经渗透到生物材料领域。微 纳米材料具有的诸如小尺寸效应，表面与界面效应，吸附与团聚效应等多种 独特性能和全新功能，拓宽了该类材料在生物医学材料领域的应用范围( 陈 冲，2 0 0 8 ) 。静电纺丝法是目前最简便、经济且可大量生产连续微纳米纤维的 技术，将静电纺丝技术与生物可降解材料相结合，制备微纳米生物降解材料 及其复合材料是一个重要的研究思路。 以下概述丝素蛋白、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、纳米四氧化三铁等材 料的结构、性能及其在生物材料领域的一些应用研究进展，同时简介静电纺 丝法制备纳米纤维技术。 1 丝素蛋白在生物材料领域的应用研究进展 蚕丝是由蚕体内的绢丝腺分泌的丝液凝固而成，每根茧丝都是由两根平 行的单丝组成。蚕丝纤维的直径约为1 0 。2 5 1 m a ( c h a r uv e p a r ie ta l ，2 0 0 7 ) 。单 丝主要由内层的丝素和包覆丝素的外层丝胶组成，其中丝素约占7 0 糊o ， 丝胶占2 0 3 0 ，另外还有少量的蜡物质、碳水化合物、色素、无机物等 次要成分( 黄国瑞，1 9 9 4 ) 。 丝素是蚕丝的主体，组成丝素的主要氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸 及酪氨酸，它们占总量的9 5 以上( 于同隐等，1 9 9 7 ) 。丝素蛋白是复合蛋 白质，主要由h 链( 约5 1 1 2 个氨基酸残基，分子量，3 5 0k d a ) 、l 链( 约2 4 4 个 氨基酸残基，分子量2 5 8k d a ) 及糖蛋白p 2 5 ( 2 0 3 个氨基酸残基，分子量2 3 5 5 k d a , 另加3 个寡糖链) 组成，分子比为h ：l ：p 2 5 = 6 ：6 ：1 。x 射线衍射 分析表明，丝素纤维整体看是一种规则的p 片层( p s h e e t ) 结构，类似于 p o l y ( a l a g 1 y ) ( 黄君霆，2 0 0 1 ) 。 丝素蛋白的晶型有3 种：s i l ki 、s i l k i i 、s i n d l i 。s i l ki 是一种亚稳定的 丝蛋白结构，立体构象为曲柄形或s 形的锯齿构型，受各种因素的影响容易 转变成s i l kl i ：s i l ki i 的晶体结构是反平行的伊折叠结构，是丝素蛋白的主要 晶型，是蚕丝蛋白具有高弹性模量和强度的主要原因( 吴丽亚等，2 0 0 5 ) ；s i l k i 是近年来发现的一种3 折叠螺旋结构，含量很少而且不稳定，易转变成s i l k i i ( r e g i n a ve ta l ，1 9 9 9 ) 。 将天然蚕丝去除丝胶后得到的再生丝素蛋白溶解在适当的盐溶液中，经 过透析、过滤、离心等环节后可制得再生丝素蛋白水溶液，通过对再生丝素 山东农业人学硕士学位论文 水溶液进行各种后加工处理，可得到诸如纤维j 薄膜、微球、水凝胶、多孔 海绵体等多种形式的丝素材料。这些不同形式的蛋白质材料具有独特的分子 结构、优异的机械力学性能及良好的生物相容性，广泛应用于组织工程、药 物缓释、酶固定化等生物医学领域。 1 1 脱胶丝纤维的应用 丝素蛋白纤维作为医用手术缝合线应用，已有几十年的历史了。由于其 易获得、易纯化，且具有生物相容性良好、无毒、无刺激性等优点，故很有 潜力应用于组织工程支架及临床诊断、修复和治疗等领域( 栾希英等，2 0 0 6 ) 吴海涛等将胰蛋白酶消化后的天然蚕丝缠绕成三维网状支架，然后与兔 肋软骨细胞进行复合培养。结果显示，在蚕丝支架上的软骨细胞分泌大量蜘 蛛网样基质，细胞生长繁殖状况良好，表明丝素蛋白纤维可作为软骨细胞立 体培养的支架( 吴海涛等，2 0 0 0 ) 。 在脱胶后的丝素纤维上种植大鼠骨髓间充质干细胞( r r m s c s ) 试验显示， 细胞在丝素纤维上可很好的黏附、生长并形成细胞层包裹蚕丝，说咀该种材 料具有良好的生物相容性和细胞亲合力( 江莹等，2 0 0 6 ) 。 陈雪梅等通过细胞培养试验，研究了s d 大鼠的背根神经节与丝素纤维 的生物相容性。结果显示，神经组织细胞能在丝素纤维表面较好地黏附、生 长和迁移，初步表明了丝素和神经组织具有良好的生物相容性( 陈雪梅等， 2 0 0 6 ) 。 b i m a nb 等将人工抽取的热带野蚕丝，排列成线形、交错混合形、杂乱 无规形等大孔互穿三维网络基质，并检测了该种丝纤维的生物相容性。结果 显示，成纤维细胞可以在丝蛋白纤维支架上正常的粘附、铺展和增殖，从而 表明了丝纤维的良好生物相容性及潜在的应用价值( b i m a nb e ta l ，2 0 0 9 ) 。 m o t t a 等研究了天然脱胶丝纤维和经甲醇处理的丝素水溶液浇铸膜对血 清蛋白的吸附效应，结果发现丝素材料的生物相容性受到材料加工过程中蛋 白质结构变化的显著影响( a n t o n e l l a m o t t ae ta l ，2 0 0 2 ) 。 有学者将丝素蛋白浸没在模拟体液( s i m u l a t e db o d yf l u i d ，s b f ) o ? ，观察发 现丝素蛋白在4 8 d , 时后就能开始产生结晶凝聚生长，一周后这种晶粒附着已 遍布丝纤维的各个区域，从而显示了丝纤维与人体组织具有良好的相容性( 梁 列峰等，2 0 0 6 ) 。 _ 两种生物可降解复合材料的制备及其结构性能研究 1 2 再生丝素蛋白溶液的应用 姚敏等采用在人表皮细胞培养中加入丝素蛋白溶液，通过观察细胞的形 态、生长曲线以及进行氚标胸腺嘧啶核苷测定等方法，研究丝素的生物学性 能。结果显示，加入丝素原液的实验组细胞与对照组细胞在生长特点方面无 显著差异。氚标胸腺嘧啶核苷测定发现，实验组和对照组在接种后细胞增殖 的活力不断增强，在第7 天达到高峰，以后开始减弱，组间比较，实验组各时 相点均高于对照组，并有显著性差异( p 0 0 5 ) 。以上结果表明丝素蛋白对表 皮细胞生长具有一定的促进作用( 姚敏等，1 9 9 9 ) 。 1 3 再生丝素蛋白膜的应用 1 3 1 组织工程细胞培养支架 周永志等研究了丝素膜对兔骨髓间质细胞贴壁、生长繁殖情况及染色体 的影响，结果显示，二者生物相容性良好( 周永志等，2 0 0 6 ) 。黄泉等选用 物理交联的再生丝素膜作为细胞培养的支架，研究了再生丝素膜对细胞周期 和细胞凋亡的影响。试验显示，丝素膜对在其表面生长的成纤维细胞的细胞 周期和凋亡未产生不良影响( 黄泉等，2 0 0 7 ) 。 h o n gw a n g 等研究了骨髓间充质干细胞在r g d 肽共价修饰的丝素膜上的 粘附和增殖情况。结果显示，r g d 肽修饰的丝素膜更有利于细胞的粘附和铺 展，增强了丝素膜的生物亲和性( h o n gw a n ge ta l ，2 0 0 9 ) 。 k h u 等将丝素蛋白与重组类人胶原蛋白( r c ) 共混制膜，并将其作 为肝组织工程的细胞培养支架，研究了共混膜的生物相容性及其它相关性能， 实验结果表明，引入r h l c 后丝素共混膜的亲水性明显提高，细胞在共混膜 上的生长和增殖情况明显好于纯丝素膜和普通细胞培养板组( k h ue ta l ， 2 0 0 6 ) 。 1 3 2 药物控制释放载体 张幼珠等研究了以丝素蛋白作为药物载体，以消炎痛( 吲哚美辛) 和利福平 作为模型药物的含药物丝素膜的制备方法；并探讨了丝素膜厚度、形态及药物 用量对药物释放性能的影响。结果表明，丝素蛋白是一种较理想的药物控制 释放材料( 张幼珠等，1 9 9 9 ) 。 闵思佳等对丝素蛋白质的羧基进行了酰胺化修饰，并比较了分别用未修 饰和已修饰的丝素蛋白制作的丝素膜材料对不同离子型的化合物的吸附释放 山东农业大学硕1 ：学位论文 行为。结果显示，用羧基酰胺化修饰的方法，可在一定程度上改变丝素材料对 离子型化合物的吸附释放性能( 闵思佳等，2 0 0 0 ) 。 s h o f m a n n 等在制备丝素蛋白膜的过程中，将右旋糖苷和蛋白酶类包埋 进蛋白膜中，随后表征了所得丝素膜的相关性能并考察了该薄膜材料的药物 释放动力学性能。他们发现，由于丝素薄膜结晶度的可控性及其加工条件的 温和性，使得该类蛋白膜可作为聚糖类和生物活性酶类等生物活性物质的良 好缓释基质( s h o f i n a n ne ta l ，2 0 0 6 ) 。 j o y d i pk u n d u 等制备了一种具有稳定粘膜粘附性能的丝素羟丙基甲基 纤维素( h p m c ) 聚乙二醇4 0 0 复合薄膜。随着复合膜中丝素蛋白含量的增加， 不仅膜的力学性能和耐水性增强，其溶胀度及在模拟唾液中的稳定性也显著 改善。从而表明该复合膜可作为一种很有潜力的药物粘膜传输材料( j o y d i p k u n d ue ta l ，2 0 0 8 ) 。 1 3 3 抗凝血材料和抗感染材料 矿 s o n gw a n g 等通过接枝聚合及表面吸附方法，将具有良好抗凝血牲能的 药剂3 ，4 二羟苯甲醛( p c a ) ( 从中国中草药丹参中提取的一种有效成分) 引 入丝素蛋白膜上。结果显示，丝素蛋白膜的抗凝血活性显著增强，且其内皮 细胞亲和性亦显著提高，有望在组织工程领域得到应用( s o n gw a n ge ta l ， 2 0 0 8 ) 。 连小洁等用活血化淤中草药川芎的有效成分川芎嗪对丝素纤维进行了化 学接枝改性，得到了改i 生丝素纤维，同时将部分丝素纤维溶解后制成了薄膜， 以期得到具有良好抗凝血性的材料( 连小洁等，2 0 0 9 ) 。 l i q i a n gb a i 等采用有机化学的方法，在溶液浇铸法所得的丝素薄膜上共 价结合了一种抗菌肽。研究显示，该丝素膜的抗菌性及耐受性有较大的提高， 亲水性增强，适合细胞的粘附和增殖( l i q i a n gb a ie ta l ，2 0 0 8 ) 。 x i u y i n gl i u 等将聚亚胺酯与丝素蛋白、肝磷脂三者共混制膜，用作肝磷 脂释放体系。实验显示该共混膜有较好的药物缓释性能及良好的血液相容性 ( x i u y i n gl i ue ta l ，2 0 0 9 ) 。 1 4 静电纺再生丝素无纺布的制备及应用 在天然高分子中，丝素蛋白具有良好的生物相容性，优良的透氧透湿性， 生物可降解性以及最小的炎症反应性，是生物医学领域研究的热门材料之一。 两种生物可降解复合材料的制备及其结构性能研究 但是，天然蚕丝横截面呈三角形，且直径范围在1 0 2 0 1 a m 之间，这与生物组织 中纳米级的纤维相比有一定的差距，从而限制了其应用空间。通过静电纺丝 技术制备直径更细的具有圆形截面的微纳米再生丝素纤维，是改善丝素蛋白 使用性能的重要手段之一。 静电纺丝技术的基本原理为：聚合物溶液或熔体由于表面张力的作用而 固着在毛细管的末端，当电场力达到某一临界值时，静电斥力超过了液体的 表面张力，使荷电射流从液体在电场中平衡时所形成的泰勒锥的顶端喷射而 出。然后纤维束喷射流开始在电场中承受拉伸并劈裂分化，在荷电射流剧烈 劈裂分化的过程中，溶剂挥发，纤维固化沉积在接收装置上，形成无纺布 ( n a n d a n ab h a r d w a je ta l ，2 0 1 0 ) 。 基于丝素蛋白所具有的优良生物性能以及静电纺丝法所得纳米纤维强大 的细胞外基质仿生功能，国内外学者对静电纺再生丝素微纳米纤维进行了深 入的研究。 1 4 1 以水为溶剂制备再生丝素无纺布 j i n 等将8 w t 的丝素蛋白水溶液与5 w t 的p e o 水溶液按一定的比例共 混静电纺丝，得到了直径为7 0 0 一+ 5 0 n m 的超细丝素蛋白纤维( h y o u n g - 1 0 0 n j i ne ta l ，2 0 0 4 ) 。王洪等运用静电纺丝方法，首次从再生蚕丝素蛋白水溶液 中制得了念珠状的、圆形的或扁平状的超细再生丝，纤维的直径在1 0 0 9 0 0 n m 之间，平均为7 0 0 n m ( 王洪等，2 0 0 5 ) 。c h e n 等制备了性状较为稳定的高浓 度再生丝素蛋白水溶液，并用其进行了静电纺丝实验，最后得到了由带状纤 维组成的无纺布( c h e nc h e ne ta l ，2 0 0 6 ) 。 j i n g x i n z h u 等从生物仿生的角度，浓缩再生丝素蛋白水溶液至高浓度， 并调整其p h = 6 9 ，来模拟蚕的后部丝腺中的丝素水溶液的状态，并对该仿生 丝素水溶液进行了静电纺丝，得n t 丝素纳米纤维无纺布。作者同时通过正 交设计的方法，研究了各电纺参数对所得纳米纤维形貌和直径的影响( j i n g x i n z h ue ta l ，2 0 0 7 ) 。 1 4 2 以有机试剂为溶剂制备再生丝素无纺布 美国学者z a r k o o b 等以六氟异丙醇( h f ) 为溶剂，进行了家蚕丝和 n e p h i l