（纺织工程专业论文）丝素聚乳酸混合膜的制备及其性能的研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

丝素聚乳酸混合膜的制备及其性能研究 捅要 丝索蛋蛊怒静天然高分子材料，无毒、可生物降解、和人体具肖良好的生 物相容性，是一种良好的生物医学材料，丝素摄白经改性后可制得人工皮肤、创 薅保护膜、药彩控制释藏材辩、酶露定优榜料、支巢材料等等。转统的丝素膜经 不溶化处理后有较大的脆性，限制了丝素蛋白在生物领域的研究和应用。现在很 多学者探讨用各种天然聚合物材料和丝素共混，将丝素良好的生物相容性和聚合 物的优异的力学性能楣结合，已有的研究毯括丝素和竞聚糖、魏胶、聚乙烯醇、 聚氨酯等的共混，它们的研究使丝素膜的应用得到了进一步的扩展。 聚乳酸是一种薪型酶可生物降解懿天然高分子材料，和丝素分子一样具有无 毒、无刺激等优点，本研究尝试了将聚乳酸和丝素溶液共混，制备了聚乳酸丝 索混合膜，探讨了不同分子量的聚乳酸、不同蹴倒的聚乳酸对混合膜结构和性能 的影响，并采用冷冻于燥法制备了聚乳酸，丝素多孔膜。 不间比例的聚乳酸丝素混合膜其力学性能相对于纯的丝索膜都有较大的提 离，在所讨论静三种不同的聚乳酸孛，分子量必s 万的蒙乳酸对混合膜熬断裂强 度和断裂伸长率的提高最为明显，聚乳酸的加入量对混合力学性能的改善有个 极限值；翻备酌聚翼酸丝素混合膜溶失率璃避降低，水的接触角实验表磺其亲 水性有一定程度的下降；透汽透湿性实验表明，聚乳酸丝素的遴汽性约淹 2 0 9 m 2 芦1 ，透温性约为1 0 0g m 2 h - 1 ，达到了人工皮肤透汽和透湿性的要求。 红井光谱和x r d 的测试结果表甓，聚乳酸，丝素混会膜中，丝素分子熬结构 主要以1 3 构像为主，而纯的丝素膜中丝索分子主要呈无规构像，丝素分子构像的 转交可藐是壹予聚巍酸上平基侧链和丝素分子中丙氨酸上靛甲基通过范德牮力 聚集在一起，聚乳酸上的羰基期丝素丝氨酸上的- - - - o h 形成了氢键，丝素分子的 排列更加规整，形成了较多s 构像的丝素；热蘑实验( t g ) 表明，聚乳酸丝素的 分解湿度提高了5 一- 1 0 ，这豸能也是凌予混合膜孛有较多结构黧丝素分子所 数。 月红努竞谶测试了聚乳酸丝素多孔貘的结构，表褥多孔膜孛丝素差要戮8 浙江理工大学硕士论文 构像为主；电镜( s e m ) 测试结果表明，所制备的聚乳酸丝素多孔膜孔径大多分 布在1 0 0 - - 1 5 0ui l l 之间，聚乳酸丝素多孔膜有一定的力学强度，加入纳米t i 0 2 有助于提高力学性能，用h e p 3 b 细胞做体外生物相容性实验，结果表明所制备的 聚乳酸丝素生物相容良好。 总之，本研究采用聚乳酸和丝素混合成膜，制备出了力学性能优良i 透汽透 湿性良好、溶失率低的混合膜，有望用于创面保护膜、药物控制释放材料、酶固 定化材料；通过冷冻干燥法制备出了孔径适中、分布均匀的聚乳酸丝素多孔膜， 其生物相容性良好，有一定的力学强度，可用作一种良好的组织工程支架材料。 关键词：丝素聚乳酸共混膜生物相容性 t h es i l kf i b r o i ni san a t u r a lp o l y m e rm a t e r i a lw i t ht h ep r o p e r t i e so fi n n o c u i t y ，r e s o l v a b i l i t y a n dg o o db i o c o m p a t i b i l i p yw i t hh u m a nb o d y i ti sae x c e l l e n tb i o m e d i c a lm a t e r i a l a f t e r m o d i f i c a t i o n , t h e s i l kf l b r o i nc a l lb eu s e da s a r t i f i c i a l l ys k i n , w o u n dp r o t e c t i o n m e m b r a n e ，c o n t r o l l e dr e l e a s e ，e n z y m ef i x a t i o n ，a n ds c a f f o l df o rt i s s u ee n g i n e e r i n g t h et r a d i t i o n a l m e t h o dt od e c r e a s et h ed i s s o l u b i l i t yo ff i b r o i nm e m b r a n eb r i n go u tb r i t t l e n e s s ，w h i c hl i m i ti t s a p p l i c a t i o ni nm e d i c a la e r a n o w a d a y sm a n yr e s e a r c h e rt r yt om i xt h en a t u r a lp o l y m e rw i t h f i b r o i nt op r o d u c em i x e dm e m b r a n e t h ea i mi st oc o m b i n et h eg o o db i o c o m p a t i b i l i t yo ff i b r o i n w i t ht h ee x c e l l e n tm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h en a t u r a lp o l y m e r t h e s es t u d i e si n c l u d em i x i n g f i b r o i nw i t hc h i t o s a n ，g l u t i n ，p o l y v i n y la l c o h o l ，p o l y u r e t h a n ea n ds oo n t h e i rs t u d i e se x t e n dt h e a p p l i c a t i o no ff i b r o i nm e m b r a n e t h ep o l y l a c t i c a c i d ，l i k ef i b r o i n ，i sa l s oan a t u r a lp o l y m e rm a t e r i a lw i t hi n n o e u i t yp r o p e r t i e s a n dn oi r r i t a t i o n t h i sp a p e ra t t e m p tt om i xt h es o l u t i o no fp o l y l a c t i c - a c i da n df i b r o i n ，p r o d u c e p l l a s fm e m b r a n e ，a n ds t u d yt h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tm o l e c u l a ro fp o l y l a c t i c a c i da n d d i f f e r e n tr a t i oo fp l l at os fo nt h ep r o p e r t i e so fm i x e dm e m b r a n e 。w ea l s op r o d u c ep l l a s f m u l t i p o r o u sm e m b r a n et h r o u g hf r e e z e - d r ym e t h o d c o m p a r e dt ot h ep u r ef i b r o i nm e m b r a n e ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h ep l l a s f m e m b r a n ei n c r e a s e dal o t r e f e r r i n gt ot h et h r e ed i f f e r e n tm o l e c u l a rp l l a ，t h ep l l aw i t ht h e m o l e c u l a r 一6 fe i g h tt e nt h o u s a n dh a st h em o s ti n f l u e n c eo nt h em e - c h a i i 面a lp r o p e r t i e so nt h e p l l a s fm e m b r a n e t h e r eh a sah i g h - p o i n to fa d d i n gp o l y l a c t i co i lt h ei m p r o v e m e n to ff i b r o i n n 浙江理工大学硕士论文 构像为主；电镜( s e m ) 测试结果表明，所制备的聚乳酸丝素多孔膜孔径大多分 布在1 0 0 - - 1 5 0ui l l 之间，聚乳酸丝素多孔膜有一定的力学强度，加入纳米t i 0 2 有助于提高力学性能，用h e p 3 b 细胞做体外生物相容性实验，结果表明所制备的 聚乳酸丝素生物相容良好。 总之，本研究采用聚乳酸和丝素混合成膜，制备出了力学性能优良i 透汽透 湿性良好、溶失率低的混合膜，有望用于创面保护膜、药物控制释放材料、酶固 定化材料；通过冷冻干燥法制备出了孔径适中、分布均匀的聚乳酸丝素多孔膜， 其生物相容性良好，有一定的力学强度，可用作一种良好的组织工程支架材料。 关键词：丝素聚乳酸共混膜生物相容性 t h es i l kf i b r o i ni san a t u r a lp o l y m e rm a t e r i a lw i t ht h ep r o p e r t i e so fi n n o c u i t y ，r e s o l v a b i l i t y a n dg o o db i o c o m p a t i b i l i p yw i t hh u m a nb o d y i ti sae x c e l l e n tb i o m e d i c a lm a t e r i a l a f t e r m o d i f i c a t i o n , t h e s i l kf l b r o i nc a l lb eu s e da s a r t i f i c i a l l ys k i n , w o u n dp r o t e c t i o n m e m b r a n e ，c o n t r o l l e dr e l e a s e ，e n z y m ef i x a t i o n ，a n ds c a f f o l df o rt i s s u ee n g i n e e r i n g t h et r a d i t i o n a l m e t h o dt od e c r e a s et h ed i s s o l u b i l i t yo ff i b r o i nm e m b r a n eb r i n go u tb r i t t l e n e s s ，w h i c hl i m i ti t s a p p l i c a t i o ni nm e d i c a la e r a n o w a d a y sm a n yr e s e a r c h e rt r yt om i xt h en a t u r a lp o l y m e rw i t h f i b r o i nt op r o d u c em i x e dm e m b r a n e t h ea i mi st oc o m b i n et h eg o o db i o c o m p a t i b i l i t yo ff i b r o i n w i t ht h ee x c e l l e n tm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h en a t u r a lp o l y m e r t h e s es t u d i e si n c l u d em i x i n g f i b r o i nw i t hc h i t o s a n ，g l u t i n ，p o l y v i n y la l c o h o l ，p o l y u r e t h a n ea n ds oo n t h e i rs t u d i e se x t e n dt h e a p p l i c a t i o no ff i b r o i nm e m b r a n e t h ep o l y l a c t i c a c i d ，l i k ef i b r o i n ，i sa l s oan a t u r a lp o l y m e rm a t e r i a lw i t hi n n o e u i t yp r o p e r t i e s a n dn oi r r i t a t i o n t h i sp a p e ra t t e m p tt om i xt h es o l u t i o no fp o l y l a c t i c - a c i da n df i b r o i n ，p r o d u c e p l l a s fm e m b r a n e ，a n ds t u d yt h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tm o l e c u l a ro fp o l y l a c t i c a c i da n d d i f f e r e n tr a t i oo fp l l at os fo nt h ep r o p e r t i e so fm i x e dm e m b r a n e 。w ea l s op r o d u c ep l l a s f m u l t i p o r o u sm e m b r a n et h r o u g hf r e e z e - d r ym e t h o d c o m p a r e dt ot h ep u r ef i b r o i nm e m b r a n e ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h ep l l a s f m e m b r a n ei n c r e a s e dal o t r e f e r r i n gt ot h et h r e ed i f f e r e n tm o l e c u l a rp l l a ，t h ep l l aw i t ht h e m o l e c u l a r 一6 fe i g h tt e nt h o u s a n dh a st h em o s ti n f l u e n c eo nt h em e - c h a i i 面a lp r o p e r t i e so nt h e p l l a s fm e m b r a n e t h e r eh a sah i g h - p o i n to fa d d i n gp o l y l a c t i co i lt h ei m p r o v e m e n to ff i b r o i n n 浙江理t 大学硕士论文 m e m b r a n e t h ed i s s o l u b i l i t yo fp l l a s fm e m b r a n ed e c r e a s eal o ta n dt h eh y d r o p h i l i t yd e c r e a s e t os o m ee x t e n tt h r o u g hs t a t i cc o n t a c ta n g l eo ft h eb l e n d sw i t hw a t e r t h es t e a mp e r m e a b i l i t yo ft h e m e m b r a n e sw i t hd i f f e r e n tc o n t e n t so fp l l ac a nr e a c ha b o u t2 0g m - 2 h 1a n d p e r m e a b i l i t ya b o u t 1 0 0g m - 2 h ，w h i c hc a nf u l f i l lt h er e q u i r e m e n to f a r t i f i c a ls k i n t h er e s u l t so ff t i ra n dx r di n d i c a t et h eb - s h e e tc o n f o r m a t i o no ff i b r o i no c c u p ym o s ti n t h ep l l a s fm e m b r a n e s o t h e r w i s et h er a n d o mc o i lf i b r o i na l ei nm a j o r i t yi nt h ep u r ef i b r o i n m e m b r a n e t h ec h a n g eo ff i b r o i nf r o mr a n d o mc o i lt o1 3 - s h e e tc o n f o r m a t i o nm a ya t t r i b u t et o c o m b i n a t i o no fm e t h y lo fp o l y l a c t i c - a c i dw i t ht h eh y d r o x y lo fs e r i n et h r o u g hv a n d e rw a a l sf o r c e , w h i c hm a k et h ef i b r o i nm o l e c u l ea r r a n g ei na no r d e r s ot h e8 - s h e e tf i b r o i nf o r m e d a c c o r d i n g t ot h et ga n a l y s eo ft h ep l l a s fb l e n d s ，w eg e tt h ec o n c l u s i o nt h ed e c o m p o s i n gt e m p e r a t u r eo f t h ep l l a s fi n c r e a s e5 1 0 f o u r i e ri n f r a r e ds p e c t r u mi n d i c a t et h ec o n f o r m a t i o no ff i b r o i ni np l l a s fm u l t i p o r o u s m e m b r a n ei sb - s h e e t t h ea p e r t u r eo ft h ep l l m s fm u l t i - p o r o u sm e m b r a n ed i s t r i b u t eb e t w e e n 10 0a n d15 0l amt h r o u g hs e m t h ep l l a s fm u l t i p o r o u sm e m b r a n e sh a v ec e r t a i nm e c h a n i c a l s t r e n g t h ，a n dt h ea d d i n go fn a n o - t i 0 2c a ni n c r e a s ei t sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s w ec u l t i v a t et h e h e p 3 bo i lt h ep l l a j s fp o r o u sm e m b r a n et ot e s tt h eb i o c o m p a t i b i l i t y t h er e s u l t sc o n f e rt h e p l l a s fp o r o u sm e m b r a n e sh a v eg o o db i o c o m p a t i b i l i t y i naw o r d , w ep r e p a r e dt h ep l l a s fm e m b r a n e s t h ep l l a s fm e m b r a n e sp o s s e s sm a n y m e r i t s ， s u c ha s g o o dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s , f i n es t e a ma n dw a t e rp e r m e a b i l i t y ,a n dl o w d i s s o l u b i l i t yi nw a t e r s oi tw a sp r o m i s i n gt ob eu s e da sw o u n dp r o t e c t i o nm e m b r a n e ，c o n t r o l l e d r e l e a s e ，e n z y m ef i x a t i o n f u r t h e r m o r e ，w ep r e p a r e dt h ep l l m s fm u l t i p o r o u sm e m b r a n et h r o u g h f r e e z e - d r ym e t h o d ，w h i c hh a sg o o dc o m p a t i b i l i t ya n dt h ea p e r t u r ed i s t r i b u t eu n i f o r m l ya n dc a nb e u t i l i z e da ss c a f f o l df o rt i s s u ee n g i n e e r i n g k e yw o r d ：f i b r o i n ，p o l y l a c t i c - a e i d ，b l e n d ，b i o e o m p a t i b i l i t y i i i 第一章绪论 1 1 蚕丝介绍 蚕丝是一种优良的服饰纤维，因其独特的性能和风格，为人类带来了优异 的服饰享受，被誉为“纤维皇后 n 1 。从古代开始，我国的丝绸就畅销于中亚和 欧洲各国，在世界上享有盛名。今天，丝绸作为中国文化的代表，成为优雅风格 的像征。杭州j 绍兴、吴江、湖州被称为中国的四大“绸都 ，显示了中国在蚕 丝上的产业优势。随着科学技术的进步，蚕丝在非服饰领域的研究越来越引人注 目。随着对其独特氨基酸组成及结晶结构等物理化学特性研究的深入，国内外对 丝素的应用正从传统的纺织领域积极向多领域拓展。 1 1 1 蚕丝的组成 蚕丝由丝素和丝胶构成，丝素又称丝素蛋白，是蚕丝的主要部分，约占总重量 的7 5 ，是一种天然高分子化合物。丝素主要由乙氨酸、丙氨酸、丝氨酸等1 8 种氨基酸所组成，是天然的蛋白质，具有生物相容性好乜1 、无毒及可降解性等优 良的性能，因而在生物和医学方面具有广阔的应用前景。丝素蛋白的氨基酸组成 如下表所示。 表1 1 丝素蛋白的氨基酸组成 k i r i m u r a l u c a ss a s a k is h i m u r a q i a n g l y 4 6 1 l4 4 64 5 24 2 94 4 4 9 a 1 a2 9 4 12 9 42 9 63 0 o2 9 1 8 v 甜2 0 92 2 02 1 0 2 5 2 2 7 l e uo 4 2o 5 30 4 5o 60 4 9 i i e0 5 40 6 6o 6 2 o 60 6 4 p h eo 5 60 6 30 6 0o 70 6 6 t y r 一 铅75 1 7 。 4 2 6 4 8 一 一6 6 6 浙江理工人学硕 论文 s e r1 1 3 l1 2 18 9 51 2 21 0 2 1 t h r 0 7 8o 9 1 0 5 70 9o 8 8 c y s 0 0 20 2 0o 0 30 0 9 m e to 0 5o 1 0o 10 0 7 t r y o 1 40 1 10 2 0 p r oo 4 40 3 60 50 3 6 a s p 1 0 51 3 01 6 91 91 6 0 g l uo 9 61 0 21 1 91 4 1 1 6 a r g o 4 20 4 70 3 70 50 4 9 l y s o 2 50 3 2o 2 90 4o 3 3 h i s0 1 7 0 1 4 o 1 50 2 0 2 2 1 1 2 丝素的结构 丝素是由一条分子量约为3 2 5 k d a 的重链( h 链) 和一条分子量的2 5 k d a 的轻 链( l 链) 通过二硫键接合在一起的【3 】，h 链大约含有五千多个氨基酸残基，g l y 、 a l a 及s e t3 种氨基酸，合计超过9 0 ，是典型的丝素蛋白型。除去n 及c 末端附近 区段，主要部分是由结晶性区段瘌非结晶性区段b 交互排列构成的。a 区段是由 g l 删a _ g 1 ) ，- a l a g l y s e r 的肽高度重复构成，b 区段是由1 0 个氨基酸残基 组成的肽g l 删a _ g l y - _ 1 y r g l y a l a _ g 1 y - a 1 a g 1 ) ，_ v a l 重复构成，二者 重复数不均一。a 中的s e t 可被t y r 替换，a l a 可被v a l 或t y r 替换。由a 区段和b 区段 构成的重复单位为，赳和砒间由c i 连接成第2 级重复排列，c i 为g l y s e r 七l y - v a l g l y s e r 6 个氨基酸序列。由耐与c i 交互构成高度重复的单位r ，约含 3 5 0 - 5 0 0 个氨基酸残基。r 和r 间由无定形部( c ) 的肽连接，形成第3 级重复构造。 n 及c 末端附近的结构显示为和内部高度规则结构所不同的特异氨基酸序列，n 端1 5 1 个氨基酸残基，富含疏水基团；c 端4 3 个氨基酸残基，富含碱性氨基酸， 其末端氨基酸及其上游第4 个、第2 0 个氨基酸残基是c y s 。l 链含2 4 4 个氨基酸残 一基一a l a 、a s p 含量比g l y 多，是一种与传统认为的丝素蛋白完全不同的肽，自n 一末端的第l o l 位、第1 6 0 位和第1 9 0 位是c y s 残基【4 1 。 2 浙江理工大学硕士论文 丝素通常有三种构像，无规构像、q 螺旋、1 3 折叠，日本科学家又将q 螺旋 称为s i l ki ，把b 折叠称为s i l ki i ，a 结构中每隔3 6 个氨基酸残基螺旋上升一 圈，在螺旋体中氨基、羧酸基侧链向外伸出，相邻的螺旋圈之间形成链内氢键， 氢键的取向与中心轴平行。1 3 结构是一种肽链相当伸展的结构。其中肽链层层排 列，依靠相邻肽链上的 c = o 与 n - h 形成的氢键来维持其稳定的结构。当q 角 蛋白用热水和稀碱方法处理或者在外力下拉直时，q 角蛋白就会转变为b 角蛋 白。当c t 螺旋被拉长伸展后，氢键被破坏形成折叠链空间结构1 5 1 。 丝素在未结晶时是无规构像丝素在此种状态下链段的排列不整齐，链段之间的 结合力较弱，在水中易溶胀而溶解，柔软度高，抵抗外力拉伸的能力弱，吸湿性 强，对酸、碱、盐、酶和热的抵抗力较弱【6 】。 丝素在结晶时主要有两种结晶构像s i l ki 和s i l k i i 。s i l ki 晶体模型由b l o t s 提出【7 】，其立体构像呈曲柄型，是介于a 螺旋和b 折叠之间的一种中间状态。 晶胞参数为：a = 4 7 2 a ，b = 1 4 4a ，e = 9 6h 。丝素溶液在0 - 5 0 c 干燥时可得到 s i l ki ；无定形丝素膜在热水中处理，温度在0 5 0 时，也可产生s i l ki 。 s i l k i i 的晶体结构模型由m a r s h 8 】根据x r a y 衍射结果提出，是反平行b 折 叠层结构。晶胞参数为：a = 9 4 0 a ，b = 6 9 7a ，c = 9 2 0h 。肽链链段的排列比较整 齐，相邻链段之间的氢键和分子间引力使它们结合得相当紧密，抵抗外力拉伸的 能力强，在水中难以溶解，对酸、碱、盐、酶和热的抵抗力较强。丝素溶液在 5 0 以上干燥时得到s i l ki i ；将一定浓度的丝素溶液搅拌也可以产生s i l ki i ；在 电场作用下发生定向排列形成s i l k i i ；热水中处理在6 0 时得到s n k i i ；丝素膜 在甲醇、乙醇等水合作用较强的溶剂中处理也可得到s i l k i i 。 r e g i n a v 等1 9 近年来发现了新的丝素结晶形态s i l ki u 。它存在于丝素溶液一 空气界面上其晶体结构与聚甘氨酸i i 相似，属六方晶系，肽链的立体构像为3 一 折叠螺旋。 丝素在溶液中还可能出现液晶状态。关于丝素的液晶状态和形成条件的研究 还有很大的争议。v i n e y 1 0 】认为：丝素液晶是一种超分子取向的棒状结构，丝素 蛋白分子之间只存在非共价键作用。在一定的浓度范围和环境条件下，由于氢键 和基团间的憎水作用，球状丝素分子通过自组装形成线形聚集体，产生结构各向 异性，而形成超分子液晶。但是日本和中酉的学者不这样认为：一他们认为是在由 浙江理工大学硕：t 论文 于剪切或者浓度的变化，丝素向p - 折叠转变时出现液晶现像。 丝素中的结晶区比例可达6 0 f 1 1 1 ，但在由丝素蛋白制成的丝素膜中，结晶 区的比例很低，只有1 左右【1 2 1 ，使得丝素膜几乎全部溶于水。所以一般来说， 丝素膜需经进一步处理，使其结晶区比例增大，我们称这个过程为p 化1 3 1 。 1 1 3 蚕丝的性能 丝素分子上极性氨基酸的比例较小，所以丝素不易溶解于水，而丝胶主要是 由丝氨酸、苏氨酸、天门冬氨酸等极性氨基酸组成，所以丝胶在水中易溶胀而溶 解。蚕丝的脱胶一般采用中性皂溶液、n a 2 c 0 3 或n a h c 0 3 的水溶液在9 8 的水 浴中脱胶。丝素在水中几乎不溶，丝素的溶解可以采用c a c l 2 c 2 h 5 0 n n 2 0 的三 元液、l i b r 水溶液或l i s c n 水溶液溶解，其中前两者对丝素分子有一定程度的 降解，左保全1 1 4 j 的研究表明l i b r 溶解丝素使丝素分子有较大程度的降解，溶解 后的丝素分子的分子量主要分布在1 0 万以下，1 0 万以上的丝素分子的含量很少 ( 天然丝素分子量在3 0 万左右) ，l i s c n 溶液对丝素分子的降解较小，但l i s c n 有一定毒性所以通常使用前面两种溶液溶解丝素。 蚕丝具有良好的力学性能，将蚕丝作为缝合线已经有很长的历史，但是近来 的研究表明蚕丝中的丝胶和会和人体产生较大的排异反应。为了扩大蚕丝的进一 步应用，需要对蚕丝脱胶得到精炼丝素，丝素和人体具有良好的相容性、无毒、 可降解，且降解后生成的氨基酸可被人体吸收，因此在医学上有广泛的应用。 1 2 丝素的应用与研究 丝素蛋白具有解酒、降低血液胆固醇含量、促进胰岛素分泌、降低血压及预 防老年性痴呆症、抗菌等生理功能将丝素蛋白经酸、碱或盐水解后制成小分子 的多肽和氨基酸，作为食品和化妆品的添加剂。朱正华等【1 5 】采用自脱盐技术制得 了产率较高，脱色效果较好的丝素粉末。文献【l6 j 采用渗透析器脱盐，得到的丝素 蛋白溶液用喷雾干燥法制得可溶性的丝素蛋白粉末。 丝素具有良好的生物相容性，可降解性。将脱胶后的蚕丝直接用于医用的缝 合线，可免去拆线的麻烦。髓着研究的进展再生丝素纤维的应用得到了进步扩 展，但是由于再生丝素纤维的力学性能远不及天然丝素，因此如何制得可以和天 4 浙江理t 人学硕士论文 然丝素相媲美的再生丝素纤维，成为了研究者们将要克服的难题。s u n g w o nh a l l 7 】 采用三氟乙酸溶解再生丝素膜，用甲醇作为凝固剂，将得到的初生丝素纤维在湿 态下拉伸3 倍，在空气中自然干燥。此方法制得的丝素纤维的力学性能和天然丝 相近。 近年来一种新的制备丝素纤维方法静电纺丝，成为了国内外研究的热点。 静电纺丝是使高分子溶液或熔体带电，并置于喷丝口与接收屏之间的高压电场 中。静电吸引力克服高分子溶液或熔体的表面张力，从而使纺丝液成为一股带电 的喷射流，并在电场中运动，最后集聚在金属网状接收屏上，成为无纺布状的纤 维毡。静电纺丝的丝素纤维具有生物相容性和生物降解性，其表面可固着某些活 性因子，以对细胞生长、分化和增殖起到促进作用，可用作组织工程材料。国内 何莉等【l8 】采用甲酸溶解壳聚糖、明胶和丝素，加入电解质，制得混合液，用静电 纺丝的方法制的单纤直径在1 0 0 n m 左右的纤维。国外h y o t m g 。j o o nj i n t l 9 】采用静 电纺丝方法制得p e o 丝素混合纤维，制得纤维直径小于1 m ，测得其滞后模量达 到8 g p a 以脱胶丝素为基础作一些改性可以作为良好的生物支架材料。清化大学孔祥 东等【2 0 】把丝素溶液以一定比例倒入c a c l 2 溶液中，向其中缓慢滴n n a h 2 p 0 4 溶液， 调节p h i l j 8 ，使羟基磷酸钙沉积到丝素分子上，制得的纳米级粉末有望用于骨修 复材料。苏州大学卢神州掣2 1 】用氢氧化钙与磷酸湿法合成羟基磷灰石，加入丝素 蛋白以诱导羟基磷灰石晶体的定向生长，以仿生的方法得到混合颗粒，由于羟基 磷灰石丝素蛋白混合纳米粒子与骨中磷灰石微晶的相似性，以及基体材料的降解 性，这些材料被赋了优异的骨诱导性能和可降解性能，在骨修复或骨固定材料方 面有着潜在的用途，可以为适合于临床应用的h a 产品提供优质的粉体原料。 冷冻丝素凝胶膜是一种具有多孔结构的生物蛋白膜，它可作为细胞和组织生 长的支架材料，起着支持和促进细胞与组织的生长、调控和诱导细胞与组织的分 化等重要作用，在细胞培养、血管等器官或组织的再生以及智能型药物控释材料、 食品、化工等领域具有潜在的应用前景。文献1 2 2 1 采用双扩散原理，制备了纯丝素 凝胶，结果表明丝素凝胶在水中具有较高的稳定性。y a s u s h i f 2 3 】采用一次冷冻解 冻法制得了具有3 d 结构的丝素凝胶体，实验结果表明，此法制得的丝素凝胶体 具有较高的强度和压缩模量，所成的孔均匀，有望用作细胞的培养基质_ 浙江理工大学硕十论文 1 3 丝素膜应用与研究 丝素膜分为天然丝素膜和再生丝素膜。天然丝素膜是在家蚕或柞蚕吐丝的前 一天，从后部丝腺收集液状丝素，再把液状丝素用水稀释到一定浓度，再将其渍 铸在聚乙烯膜上，放在一定温湿度的环境中干燥，可得到天然丝素膜。 再生丝素膜是先将蚕丝脱胶制得精炼丝素，把脱胶后的丝素溶解在中性盐溶 液中，经透析后得到丝素水溶液，再将其浇铸在聚乙烯膜上，放在一定温湿度能 环境中干燥，可得到再生丝素膜。 1 3 1 丝素膜应用 以丝素作为原料研制烧伤覆盖治疗用的创面保护膜，经实验检测表明，具 有良好的物理、化学、生物学性能；而且经临床试验，对浅度烧伤和整形取皮区 等皮肤损伤创面的保护和治疗的效果也很好丝素膜有利于细胞的吸附是因为丝 素中的精氨酸带有正电荷，而大多数哺乳动物的细胞是带负电荷的，所以由于正 负电荷相互吸引的用利于细胞的吸附t 2 4 。由于多孔丝素蛋白膜特有的优点，因而 将它作为人造皮肤等方面的医用材料也就有着极大的可能性【2 5 1 苏州大学研制的 人造皮肤已经进入产业化生产，最近，浙江大学动物科学学院用蚕丝研制出一种 新型的“人造皮肤一纯丝素蛋白生物敷料，这种敷料可以做成任意形状，最 薄可以做到0 5 毫米，柔软性接近人的皮肤，韧性和贴附性都非常好，而且很容 易保存。 凡是与血液直接接触的生物医用材料，如人工心脏、人工血管、人工心血 管的辅助装置及各种进入或留置血管内与血液直接接触的导管、功能性支架等医 用装置等，都要求与血液接触后不引起血浆蛋白质的变性，不破坏血液的有效成 分，不导致血液的凝固和血栓的形成，即对材料的抗凝血性都有一定的要求。丝 素由于其优良的性能，对其做适当的改性可用作抗凝血材料。文献【2 6 】用硫酸接枝 处理丝素，在丝素上接枝上磺酸基团制得抗凝血丝素膜。 丝素材料对化合物的吸附释放行为与丝素材料表面的电荷性和化合物的离 子型有较大关系，当丝素材料表面电荷与化合物离子所带电荷相同时，化合物的 吸附量少，释放速度和释放量大；当丝素材料表面电荷与化合物离子所带电荷相 6 浙江理t 大学硕士论文 反时，丝素材料对化合物的吸附量多，释放速度和释放量小。因此可以利用丝素 的这种性质制备药物控制释放材料，浙江大学闵思佳【2 7 1 对丝素进行酰胺化修饰， 制得药物控制丝素膜。陈建勇等【2 羽研究了5 氟尿嘧啶在不同的p h 条件下，在丝 素膜上的渗透行为，可考虑用丝素膜制作药物渗透速度调控膜，也可用于缓释型 药物的载体。 酶作为一类重要的生物催化剂，具有催化效率高、专一性强、反应条件温和、 无污染等特点，被广泛应用于制药、环保、食品、酿造等领域；但大多数溶液酶 在实际应用中也存在诸多缺陷，如对热、强酸、强碱、有机溶剂等不够稳定，难 以从反应体系中回收，污染产物并给产物提纯造成困难，最终导致生产成本的提 高，因此把酶固定在高分子的基质上有较大的应用前景。华南农业大学陈芳艳【2 9 】 以戊二醛作为交联剂，以活化丝素为载体，采用共价交联法固定木瓜蛋白酶，制 得了含活性酶的丝素膜。 此外经过一系列的研究丝素可用作面膜，隐形眼镜等，近来苏州大学研制 可用于修复硬脑膜损伤的强力丝素蛋白膜，这项成果为中国首创，用于脑外伤、 脑肿瘤和脑血管病手术后常常留有脑膜缺损的修复。 1 3 2 丝素膜改性 常温下所成的丝素膜中丝素的无定形结构占了较大的部分，导致所成的丝素 膜的水溶性较大，机械性能较差。为了改善丝素膜性能，通常是将丝素膜浸入一 定浓度的甲醇溶液中，诱导丝素分子从无定形结构向1 3 结构转变。在经不溶化处 理过程中，丝素蛋白的结构会发生从任意卷曲到1 3 结构的转变。在丝素蛋白发生 结构转变后，侧链与侧链间、侧链与主链间以及分子与分子之间可形成大量的氢 键结合，产生大量的次级交联点，使丝素蛋白质大分子更难以运动，致使丝素膜 的柔软性、伸长和弹性都较差，也有实验表明乙醇也有诱导丝素分子发生结构转 变的功能。 丝素膜的物理改性，是指通过改变成膜的温度、湿度、应力等，而不施加任 何化学试剂来改变丝素膜性能的方法。苏州大学卢神州等f 3 0 】采用离心成膜法成 膜，结果表明应力可以增加丝素膜的结晶度，减小丝素膜的溶失率，提高丝素膜 的拉伸强度。北京理工大学【3 l 】在温和搅拌下，将丝素溶液浓缩至1 6 ，通过调 浙江理t 大学硕七论文 整干燥温度和干燥速率，直接获得不溶于水的丝素薄膜。当干燥温度为7 0 时材 料的拉仲强度和断裂伸长率分别为2 9 8m p a 和5 9 6 ，远远强于经过甲醇处理的 丝素薄膜的机械性能。由于在丝素薄膜的制备中避免了甲醇的使用，使材料具有 ， 更好的机械性能，此方法制备的丝素薄膜更为安全，应用会更广泛。罗桂莲【3 2 】 研究了不同的温度湿度条件下，所成的膜结构的变化，结果表明可以通过改变成 膜的温湿度，获得不同结晶组成的丝素膜，进而得到不同力学性能的丝素膜。 丝素蛋白分子中含有o h 、- n h 2 、c o o h 等反应性基团与活泼单体( 含 双键的乙烯化合物和环氧化合物等) 发生接枝聚合反应以达到改性目的。张幼珠 等【3 3 1 采用纤维接枝法，即在丝素纤维上接枝丙烯酸，然后再溶解、纯化、热风 干燥成接枝丝素膜，接枝丝素膜随着接枝率的提高，溶失率大幅度降低，伸长率、 弹性和柔软性有较大的提高。文献1 3 4 1 采用1 - ( 3 二甲氨基丙基) 3 一乙基碳二亚 胺为缩合剂( e d c i ) 将肝素钠固定到丝素改性胶原膜上，制得了具有抗凝血性能的 丝素膜。 纯的丝素膜的机械性能较差，而且水溶性较大，经过甲醇或乙醇溶液处理可 以减少溶失率，但制得的膜较脆【3 5 】。通过汽蒸处理可以得到柔性较好的丝素膜 1 3 6 ，但是通过此种方法得到的丝素膜的厚度有一定的限制。因此为了改善其性能， 扩展其功能化应用，可以采用丝素和其它高分子材料混合的方法。 邢铁玲1 3 7 用n 甲基吗林( n m m o ) 溶解丝素，和纤维素的溶液以一定配比 混合成膜，制得纤维素丝素混合膜。文献【3 8 】以戊二醛作为交联剂，制得壳聚糖 丝素药物控制混合膜。苏州大学【3 9 j 用不同分子量的聚乙二醇缩水甘油醚( p e g o ) 和丝素混合成膜，改性后的丝素膜具有较好的拉伸强度和较大的断裂伸长率，得 到了较为柔性的丝素膜。文献【4 0 】用明胶和丝素的水溶液以一定比例相混合，制成 的丝素明胶混合膜，用