负载钛酸钙取向性静电纺聚己内酯/丝素蛋白支架促进周围神经再生

背景:取向性聚己内酯/丝素蛋白共混静电纺丝支架修复周围神经损伤可促进神经再生,但修复效果有限,还需要进一步结合生物活性材料、生长因子等因素制备仿生神经支架。钛酸钙纳米颗粒具有促进施万细胞间黏附的能力,已被广泛运用于生物医学材料领域。目的:采用静电纺丝技术制备取向性聚己内酯/丝素蛋白-钛酸钙功能化支架,进一步探索该支架对施万细胞活力与黏附的影响。方法:采用静电纺丝技术制备聚己内酯/丝素蛋白支架,通过调整制备过程中的注射器流速、接收装置转速、纺丝时间筛选最优参数进行后续实验。在最优参数下,采用静电纺丝技术制备随机取向聚己内酯/丝素蛋白支架(记为PCL/SF-R)、取向性聚己内酯/丝素蛋白支架(记为CTO-0)及含0.1,0.5,1.0 mg/mL聚多巴胺修饰钛酸钙的取向性聚己内酯/丝素蛋白支架(依次记为CTO-1、CTO-5、CTO-10),表征5组支架的物理性能。将5组支架浸提液分别与大鼠成纤维细胞系(L929)共培养,采用MTT法检测细胞增殖。将大鼠施万细胞系(RSC96)分别接种于5组支架上,进行细胞活力、细胞骨架染色及细胞骨架与细胞黏附相关基因检测。结果与结论:①制备静电纺丝支架的最优参数为:注射器流速15μL/min,接收装置转速1800 r/min,纺丝时间1 h;②PCL/SF-R组水接触角最大、弹性模量最小,CTO-0组水接触角最小、弹性模量最大;CTO-0组支架降解速率低于CTO-1组,并且随着取向性支架中钛酸钙质量浓度的增加,支架的降解速率降低;③5组支架对L929细胞无毒性作用,具有良好的生物相容性;CCK-8检测结果显示,CTO-10可提升RSC96细胞活力;细胞骨架染色结果显示,取向性支架上细胞的长宽比和细胞突起长度均高于随机取向支架;qPCR检测结果显示,CTO-5组、CTO-0组YAP、Cntn2 mRNA表达均高于PCL/SF-R组(P<0.05);④结果表明,取向性聚己内酯/丝素蛋白-钛酸钙支架具有良好的生物相容性、力学性能及亲水性,可提升施万细胞的活力与迁移能力,促进周围神经再生。

丝素蛋白的构象与结晶性

对丝素分子链的化学组成、构象和基本晶型作了简介 ,重点探讨丝素膜改性过程中链构象及晶型转变的规律以及与丝素膜力学性能的关系。

丝素纳米原纤增强再生丝素蛋白/聚乙烯醇纤维的结构与性能

为拓展废旧蚕丝高值化回收再利用形式,提高再生丝素蛋白纤维的力学性能,以废旧蚕丝为原料制备了丝素纳米原纤(SFNF)、再生废旧蚕丝丝素蛋白(RRSF),并与聚乙烯醇(PVA)共混制备了共混纤维,探究了SFNF作为增强材料对纤维微观结构与力学性能的影响。结果表明:SFNF的加入提高了RRSF与PVA的相容性,共混溶液的均匀性和稳定性显著提高;在RRSF/PVA/SFNF共混纤维中少量添加SFNF可诱导分子构象从α-螺旋向β-折叠转变,提高纤维结晶度,当SFNF的质量分数为0.2%时,共混纤维内β-折叠含量增加,达到最大值54.42%,α-螺旋含量降至20.03%;SFNF显著增强共混纤维的拉伸性能与韧性,断裂应力可达到38.98 MPa,断裂伸长率可达到443.27%,初始模量可达到640.83 MPa,断裂比功可达到133.50 N/mm^(2)。

丝素蛋白水凝胶的降解速率对其表面黏附细胞增殖的影响

采用相分离法分别制备了含蛋白酶和不含蛋白酶的两种丝素蛋白微球,并将这两种微球按不同配比包裹至以钌化物光交联的丝素蛋白水凝胶内部,研究该凝胶降解速率对其表面黏附细胞增殖的影响。通过质量损失法表征水凝胶的降解速率,用扫描电镜和电子万能试验机表征降解速率对水凝胶微观结构和压缩力学性能的影响,通过CCK-8法评估水凝胶降解速率对其表面细胞增殖的影响。研究结果表明:丝素蛋白水凝胶的降解使其表面形貌变得粗糙起伏、并逐渐变硬、变脆,当水凝胶内部包裹的不含酶微球和含酶微球质量比为7∶3时,其表面培养的细胞增殖最快。

丝素蛋白联合壳聚糖基热敏水凝胶的性能评估

目的在壳聚糖(CS)/羟丙基甲基纤维素(HPMC)热敏水凝胶的基础上,利用丝素蛋白(SF)与CS交联,构建CS/HPMC/SF水凝胶,研究SF对水凝胶的性能影响。方法共混法制备CS/HPMC混合溶液,向其中分别添加1%、5%、10%的SF溶液及交联剂京尼平,加入圆柱形模具中,升温至37℃,使溶液转为凝胶态。对水凝胶进行形貌、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射(XRD)以及亲水性及力学性能表征检测。结果扫描电子显微镜下观察水凝胶为多孔状,随着SF的加入,孔隙减少,出现裂痕。FTIR和XRD结果显示,CS与HPMC混合后结晶程度改变,当加入SF后,SF与CS发生化学交联,结构发生转变,水凝胶的亲水性也因此减弱。力学表征显示,当SF的添加量为5%时,水凝胶的回弹性最优,弹性模量最大,且基本保持不变。结论SF与CS的交联改进了CS基热敏水凝胶的性能,相比于其他组水凝胶,CS/HPMC-5%SF保持良好的亲水性且具有较好的力学性能。

丝素蛋白/明胶/壳聚糖三维多孔软骨组织支架的制备及体外评价

背景:软骨缺损是骨科医生面临的主要临床挑战之一,组织工程是一种结合了工程学和细胞生物学知识的跨学科方法,为软骨缺损的修复提供了新思路与途径。目的:基于丝素蛋白、明胶和壳聚糖制备多组分复合支架,通过评估其理化性质和生物学性能,筛选能够适合软骨再生的三维多孔支架。方法:以丝素蛋白、明胶和壳聚糖为基础材料,通过真空冷冻干燥法制备4组多孔支架,分别为明胶/壳聚糖支架、丝素蛋白/壳聚糖支架、丝素蛋白/明胶支架和丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架,通过扫描电镜、X射线衍射、孔隙率、吸水膨胀率和生物降解率及力学性能等检测筛选出合适的软骨支架。然后将软骨支架与骨关节炎患者软骨细胞共培养,通过细胞黏附率、活死染色和增殖活性等检测体外评估多孔支架用于软骨损伤修复的可行性。结果与结论:①4组支架均具有多孔结构,综合物理性能检测结果得出丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架更符合软骨缺损修复的要求,该支架的孔径为(176.00±53.68)μm,孔隙率为(80.15±2.57)%,吸水溶胀率为(3712±358)%,体外浸泡于含溶菌酶的PBS中28 d后的生物降解速率为(46.87±3.25)%,且具有良好的机械性能;②软骨细胞可在丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架上良好黏附,且随着时间的延长,细胞黏附率增加;CCK8和活/死细胞双染检测结果显示,丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架具有良好的生物相容性和较低的细胞毒性;③结果表明,丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架具有高度水合3D结构、合适的孔径和孔隙率、良好的生物降解性能和优越的机械性能,可以为营养物质的转运和软骨细胞的附着、增殖提供良好的网状骨架和微环境。

同轴静电纺壳聚糖/聚氧化乙烯-丝素纤维的制备及其生物活性

以壳聚糖(CS)、聚氧化乙烯(PEO)和丝素蛋白(SF)为原料,采用同轴静电纺丝制备了具有核-壳结构的CSPEO-SF纤维。通过SEM、TEM和FTIR等对纤维形貌和结构进行表征分析,研究纤维的溶胀率、孔隙率和机械性能,并对其抗菌性能和体外生物活性进行评估。结果表明:所制备的纤维具有核壳结构,孔隙率均在80%以上,溶胀率最大可达675%,断裂强度最高可达7.85 MPa;该纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有显著抗菌性,并且具有良好的体外生物活性,在骨组织工程领域的应用具有良好的应用前景。

丝素蛋白纳米颗粒的制备及其在食品领域的应用

近年来,许多蛋白质被用于开发和制造纳米材料。良好的生物相容性、优秀的机械性能及生物降解性等特点使丝素蛋白在食品领域备受青睐,丝素蛋白制备成的丝素蛋白纳米颗粒具有尺寸小、降解和释放可控等特点,可作为生物活性成分的递送系统,也常常被应用于食品包装中。该文从丝素蛋白的结构与性质、丝素蛋白纳米颗粒的制备、丝素蛋白在食品领域的应用等3个方面进行了综述,并对其发展方向进行了总结和展望,以期实现其在食品工业中的商业化应用,最终实现产业化目标。

丝素蛋白作为口腔组织再生屏障材料的应用进展

丝素蛋白具有良好的生物相容性、可调控的降解率、合适的机械强度与可载药的特性,已逐渐成为口腔组织再生的新兴屏障材料。该文通过分析、总结丝素蛋白作为屏障材料在口腔组织再生研究的相关文献,并对其目前应用的局限性和未来的发展趋势进行了讨论,旨在为该领域的进一步深入研究提供一定的参考依据。

光交联丝素蛋白生物3D打印墨水的研究进展

丝素蛋白具有生物相容性高、生物降解性可控及力学性能可调等优异特性,是一种极具应用潜力的生物3D打印墨水材料。基于光交联反应的生物材料加工技术具有条件温和、高效可控等优点,是当前生物3D打印领域的热点方向。文章以墨水性能要求为主线,先从流变性能出发介绍了适合光交联丝素蛋白生物3D打印的打印方式,再从光交联反应性出发讨论了丝素蛋白的光敏改性方法及光诱导交联机制,然后从生物相容性出发介绍了辐照光源与光引发剂的发展,总结了丝素蛋白及其与合成、天然高分子材料复配墨水在光交联生物3D打印领域的应用,并论述了光交联丝素蛋白生物墨水在制备、发展方向和应用过程中所面临的挑战。

甲酸对丝素蛋白结晶结构转变的影响

结晶结构是丝素蛋白材料表征的重要内容,对丝素蛋白结晶结构的认识和调控是制备高性能材料的基础。甲酸作为一种可溶解蚕丝的优良溶剂,所制备的再生丝素蛋白材料具有优异的性能,其根源与甲酸对丝素蛋白具有促结晶的作用有关。文章对比分析了基于氯化钙-甲酸溶剂溶制再生丝素蛋白膜与基于三元溶剂溶制再生丝素蛋白膜的结晶结构差异,并利用α-糜蛋白酶从基于三元溶剂制备的丝素蛋白水溶液中分离出高结晶部分和低结晶部分,随后分别利用甲酸和乙醇对分离所得高结晶部分和低结晶部分进行处理,对比分析了乙醇和甲酸对其结晶结构转变的影响。结果表明,相对于乙醇处理,甲酸具有更显著的促丝素蛋白结晶的作用,更有利于丝素蛋白从无规卷曲或Silk I结晶态转变为SilkⅡ结晶态。

含丝素蛋白多肽结构聚氨酯的制备及其性能

丝素蛋白因其特殊的多层次结构而具有优异的机械性能。本文研究以丝素蛋白中特征性重复肽段为扩链剂制备的聚氨酯的结构与性能关系,合成了多种含有Gly-Ala-Gly-Ala(GAGA)序列肽段的双氨基扩链剂,并在此基础上制备了一系列多肽含量不同的改性聚氨酯。相较于不含多肽结构的聚氨酯,多肽结构的引入使氢键比例显著提高,由此带来机械性能的显著提升,断裂应力由29.3 MPa提高至50.9 MPa;形状记忆性能也有所提高,形变保持率由74.3%提升至100%,且四肽含量越高,聚氨酯的机械性能和形状记忆性能提升越明显。此外,含多肽扩链剂的聚氨酯还具有良好的回收性、热稳定性和生理条件水解稳定性,具备在生物医学工程等多领域应用的潜力。

丝素蛋白-纳米银复合材料在抗菌领域的研究进展

重点总结归纳了丝素蛋白-纳米银复合膜、水凝胶、纤维等多种应用形态在抗菌领域的最新研究进展,阐述了丝素蛋白与纳米银结合的抗菌优势、复合材料目前尚待解决的稳定性与安全性问题,展望了丝素蛋白-纳米银复合材料发展方向。

调控丝素蛋白膜的力学性能研究进展

作为一种潜在的生物材料,以丝素蛋白制备的膜材料越来越多地应用到生物医学领域。丝素蛋白膜的力学性能是一个重要的表征参数,对其后续的体外体内应用有较大的影响。本文先简述丝素蛋白的多级结构与力学性能的关系;然后总结制备工艺对丝素蛋白膜力学性能的影响,阐述不同的处理方式对丝素蛋白膜微观结构的影响及由此所致的力学性能的变化。丝素蛋白膜的制备工艺包括丝素蛋白溶液的制备(先脱胶再溶解丝素)、成膜工艺(按结构形式分为致密膜、多孔膜和多层膜),以及成膜后处理(有机溶剂浸泡、水蒸气退火和外力作用)等。此外,讨论复合丝素蛋白膜中不同改性方法导致的结构变化与力学性能的关系。最后,展望丝素蛋白膜材料的发展趋势,为不同需求下的丝素蛋白膜的发展提供借鉴和参考。

力学增强且降解延缓的编织型丝素纤维人工韧带材料研究

针对人工韧带产品在临床应用中存在的问题,如不可降解、应力遮挡、中远期疲劳松弛、慢性炎症等,研究力学性能优良的可降解人工韧带材料是新的发展方向。以丝素纤维为原材料,设计并制备了一种“壳芯”结构的人工韧带原型材料(artificial ligament, AL),并以负载纳米羟基磷灰石(hydroxyapatite, Hap)的聚氨酯(polyurethane, PU)溶液对AL进行涂层得到人工韧带材料(coated artificial ligament, CAL),并对CAL的形态结构、显微结构、力学性能、降解性能、细胞和组织相容性等进行了系统表征。研究结果表明:“壳芯”结构的CAL结构规整、表面平整、孔隙均匀。相较于AL,CAL的力学性能得到了显著提高(P<0.05),且体外降解速率明显延缓。此外,CAL的细胞及组织相容性良好,炎症反应低。该项研究可为开发新型高强可降解人工韧带产品提供理论依据及实践参考。

丝素-聚苯胺复合纳米纤维膜的制备及其性能

以再生丝素蛋白(SF)为原料,以聚苯胺(PANI)为功能添加剂,采用静电纺丝技术制备了丝素-聚苯胺(SF-PANI)复合纳米纤维膜。通过SEM、XRD和FTIR等对其形貌、结构和性能进行表征。结果表明:SF-PANI复合纳米纤维膜孔隙率在70%以上;在磷酸盐缓冲液中其溶胀度可达158%;最大拉伸应力可达2.5 MPa。当SF-PANI复合纳米纤维膜中PANI质量分数为5%时,对大肠杆菌的抑菌率为80.08%,对金黄色葡萄球菌的抑菌率为75.20%;对PANI质量分数为5%的SF-PANI复合纤维膜进行卤化处理后,其对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑菌率均能达到100%。该复合膜具有良好的理化性能和抗菌性能,在抗菌型生物材料方面具有一定的应用前景。

建立以丝素量为基础的蚕丝质量考核体系探讨

分析了现行蚕丝质量考核体系存在的不足,探讨了将丝素含量纳入蚕丝质量考核体系的必要性和可行性,提出了将丝素含量纳入蚕丝质量考核体系的方法。

清除活性氧用丝素水凝胶

在甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)修饰的丝素(SF)溶液中添加聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)和聚多巴胺纳米颗粒(PDA),通过紫外光(UV)引发聚合制备得到导电水凝胶PEDOT:PSS/PDA/SF。采用扫描电子显微镜(SEM)和对比实验研究了水凝胶的结构、特征物理量(流变性能、吸水和膨胀性能、力学性能)以及活性氧的清除能力。结果表明:水凝胶具有均匀的三维网络结构、良好的拉伸和压缩性能,且其杨氏模量与人体软组织的杨氏模量接近。该水凝胶材料具有一定的导电性,有利于伤口愈合,同时,其活性氧(ROS)清除能力良好。

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。

丝素蛋白基骨修复材料的应用研究进展

为拓展和促进丝素蛋白材料在骨再生领域中的应用,综述了近年来丝素蛋白骨修复材料的研究进展,简要概括了丝素蛋白骨修复材料的种类和制备方法,重点阐述了丝素蛋白骨修复材料的仿生设计以及力学性能和成骨性能的调控方法。分析发现:丝素蛋白基薄膜、水凝胶和多孔支架均能诱导骨再生;调控分子量、β-折叠结构或形成定向通道可有效提高材料的力学性能;与羟基磷灰石复合不仅能提高力学性能还可促进成骨分化;同时,负载细胞或生长因子可显著增加新生骨的体积,进而修复大尺寸骨缺损。最后,总结使用丝素蛋白修复骨缺损存在的问题,并指出丝素蛋白支架的仿生设计以及保持生长因子或种子细胞的活性仍是未来研究中考虑的重点。