蚕丝纤维的应用.doc

丝素是源于蚕丝的天然高分子蛋白质，其含量占蚕丝的70%80%，含有18种氨基酸，其中的11种人体必需氨基酸;另一方面，丝素蛋白对人体无毒害作用，安全可靠，具有良好的生物相容性，适于开发成功能性材料 1 因此，随着对其独特氨基酸组成及结晶结构等理化特性研究的深入，国内外对丝素的应用正从传统的纺织领域积极向领域探索，丝素蛋白在生物医学材料领域的应用也日趋广泛和深入。1 丝素蛋白在固定化酶和抗体方面的研究与应用丝素作为固定化载体材料的研究早在上世纪八十年代就有报道。从最早采用丝素蛋白材料固定葡萄糖氧化酶开始，目丝素蛋白材料已被研究用于固定多种酶和抗体。黄晨等 2 曾研究过丝素膜固定青霉素酰化酶。他们以丝素蛋白膜和Sephsrose CL4B（交联琼脂糖）为载体固定青霉素酰化酶（PA），详细研究了固定化前后酶性质的变化。结果表明与自由酶相比，固定化酶的热稳定性及pH值稳定性有很的提高，此外研究发现用丝素蛋白膜为载体比用sepharose为载体制备的固定化酶具有高的热稳定性，显示了丝素蛋白作固定化酶载体的优越性。丝素膜也可以与其它物质一起形成共混膜来固定各种酶。纪平雄等 3 曾用丝素-壳聚糖合金膜固定超氧化物歧化酶。他们采用富含自由氨基的丝素-壳聚糖合金膜为载体，吸附固定从柞蚕蛹提取分离的超氧化物歧化酶（SOD），研究并确定了固定化的最佳条件，分别为酶浓度38U/ml、pH6.3、温度48、时间15h。制得的固定化酶活力为89.1U/g载体，酶的活力回收达到35.9%。丝素蛋白固定酶一般采用简单包埋法和共价交联法。朱祥瑞 47 用丝素蛋白为基质利用些方法先后研制了丝素固定化糖化酶、丝素固定化过氧化氢酶、丝素固定化果胶酶、丝素固定化-淀粉酶等，得出固定后的酶对不良环境的抵抗能力较强，有较长的操作半衰期、最适反应pH和最适反应温度范围较广，酶的活力也有所提高。除了固定酶以外，丝素蛋白还能固定一些抗体。若在丝素膜表面固定抗体，然后再安装氧电极，就制成免疫传感器。用固相及过氧化酶标记的单克隆抗体，测定肿瘤表识器功能的甲胎蛋白。测定后把结合的抗原在酸性缓冲液中分解，然后使其固相抗体再生，反复使用30次以上，其抗体的固定仍然非常稳定 8 。日本钟纺株式会社就是利用丝素固定单克隆抗体的原理，成功开发癌症自动诊断仪，取得了很好的效果 9 。2 药物缓释载体方面的应用特殊的多孔性网状膜结构使丝素膜具有优良的吸附及缓释功能，丙烯酰接枝能大大提高凝胶态的水及乳化油的稳定性，从而抑制挥发性成分的蒸发，延缓经过皮肤吸收的药物释放速度，成为很好的药物缓释剂。闵思佳等人 10 曾研究过丝素蛋白药物吸收释放性能与调控。结果表明，羧基酰胺化修饰可在一定程度上能改变丝素凝胶材料对离子型药物的吸收、释放性能。张幼珠、吴徵宇等人 11 也曾作过关于丝素蛋白作为药物控制释放材料的研究。他们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;并采用体外释药方法，测定、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。研究结果表明，丝素蛋白是一种较理想的药物控制释放材料。这预示了丝素膜作为创伤覆盖材料具有天然的独到之处。添加其它成分，利用化学改性的方法可以提高材料的各种性能。Rujiravanit R等 12 制备了用于药物释放的交联壳聚糖/丝素共混膜。它是用戊二醛作为交联剂，通过溶液铸造技术而形成的。在共混膜的药物释放时监测共混膜的各种成分。茶碱、二氯苯二磺酸钠、阿莫西林和水杨酸作为典型的药物。释放实验是在37下缓冲液中pH分别为2.0、5.5和7.2下进行。实验发现含有80%壳聚糖的共混膜在pH为2.0时显示了典型药物释放的最大值，也显示了共混膜的膨胀能力。3 丝素蛋白在抗血凝性材料上的应用因为丝素蛋白中含有许多由6种氨基酸（Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser）残基交替排列的结构，根据最近遗传因子排列的分析理论，丝素的氨基酸排列得到阐明，这种以6种残基的重叠结构为主的物质，其中Ser之间的距离，与肝磷酯中被认为是抗血凝作用的重要因素的硫酸基的距离十分相似，故若在Ser中导入硫酸基，则可期待丝素被赋予抗血凝作用 13 。Tamada Y 14 曾用硫酸溶液制备丝素，通过FT-IR、NMR、氨基酸分析等途径来测定反应部位和基团的变化。实验表明，在硫酸基的引入下，0.5mg硫酸化丝素就能阻止血液凝固，而原始丝素却没有什么效果。在进一步研究中 15 ，用氯化硫酸来溶解丝素，得到的抗血凝固活性提高了100倍。硫酸化丝素的抗血凝性能很大程度上取决于引入的硫酸基的含量。这些结果显示了硫酸基的引入导致了丝素的抗血凝性功能的增强。顾晋伟等人 16 曾测试过丝素蛋白膜表面的等离子体磺酸化及体外抗凝血性能。他们把丝素蛋白（Silk fibroin）制各成薄膜，采用二氧化硫等离子体处理在材料表面引入磺酸基团;同时丝素蛋白膜用氨气等离子体处理后在表面接入氨基，利用l，3-丙磺酸内酯与氨基的反应在材料表面接枝磺酸基团。采用X线电子能谱和全反射红外光谱分析材料的表面性质。材料的体外抗凝血性能由体外凝血时间、凝血酶原时间（PT）、部分凝血活酶时间（APTT）和凝血酶时间（TT）作为评价标准。结果表明两种处理方法均能在丝素蛋白膜表面有效地接枝磺酸基团，而且材料的抗凝血性能有显著提高。最近，高运华等人 17研究了利用凝血因子的抗体对生物材料进行表面改性以提高其抗凝血性能。以丝素蛋白膜为基质，利用等离子体处理辅助的共价交联方法对vWf因子（vn Willebrand factor）抗体进行了固定化。用酶联免疫法和抗体过剩法对固定化效果进行了评价，固定化抗体的活性采用体外凝血时间（APTT，TT和PT）测定进行检测。结果显示，通过这种方法可以有效地将vWf抗体固定化，丝素蛋白膜固定化vWf抗体后，其抗凝血性能有了一定的改善。4 丝素蛋白在人工器官上的应用早在百年前我国就有用桑蚕丝做外科手术缝纫线的历史了。鉴于丝素材料良好的生物相容性，用丝素蛋白做人造血管、人造皮肤等器官一直受到广大学者的青睐。4.1 人造血管 桑蚕丝人造血管在体内不会引起过敏或致癌作用，还可以与活体血肉相连，长成与真血管一样的外壁和内膜。我国早在1957年就开始研制桑蚕丝人造血管，并试用于临床，取得了很好的效果。上海市心血管病研究所和上海医科大学中山医院曾一度合作关于移植真丝人造血管的研究。将杂种犬麻醉后，把直径为810mm，长度3050mm的真丝人造血管移植于胸主或腹主动脉后，研究其愈合过程的病理学状况，用扫描电镜和透射电镜观察生长情况，后来又采用真丝涤纶交织人造血管。结果显示移植血管比较通畅，移植后1个月可完整形成新生的内膜和外膜，细胞毒性测试表明无毒性反应 1820 。4.2 人工皮肤 目前应用丝素制造人工器官的热点主要集中在人工皮肤上，以蚕丝制成的创面保护膜适用于浅度烧伤、创伤和整形取皮区等皮肤缺损创面的治疗。将丝素暂时性皮肤代替物应用于烧伤的临床治疗上，被认为比目前常用的猪皮或创可贴拥有更良好的应用性能，其透明性使观察创面的情况较为容易，创面的痛感较弱，丝素膜与创口贴合紧密，但又不易融化，可以防止感染，同时又保持良好的透气性，再加上丝素本身对皮肤细胞的生长促进功能，使其愈创效果更显突出。Tsubouchi 21 （1999）发现以丝素为原料的创伤敷料能够促进康复，并且能够去皮而不会破坏新形成的皮肤。这种创伤敷料丝素膜含水量为3%16%，厚度为10100m。后来，Tsubouchi 22 （1999）又以丝素-丝胶混合物为原料制成了创伤敷料。这种敷料的晶化度低于10%。膜的厚度为10130m，密度为11001400kgm -3 。黄伯高等人 23 曾做过关于丝素膜烧伤覆盖材料的研究，通过测定丝素膜的含水率、断裂强度、柔韧性、透水性、创面粘合力等各种物理和生物学指标，发现其具有一定的透水性，并能与创面产生良好的初期粘合。丝素膜用做人工皮肤的愿望也指日可待。在今后的研究中，多孔丝素膜将能引导新生血管长入，诱导真皮组织的再生，在真皮再生过程中多孔丝素膜逐步被降解，成为真皮再生的支架和真皮的永久性替代物。目前被期待的丝素生物医学材料大都属于软组织用材