丝素蛋白在生物材料上的研究和应用

阐述了丝素蛋白作为生物材料在生物传感领域和医用材料领域的研究进展。指明了丝素蛋白在固定化载体材料、生物传感器、手术缝合线、生物酶防护剂、功能性细胞培养基质、抗血凝物质、人工器官等生物材料方面具有非常广阔的开发前景。     

丝素蛋白作为生物医用材料的研究

丝素蛋白作为生物医用材料,具有很好的生物相容性和很多优良的物理、化学性能。我们课题组,在1994年研制成的丝素创面保护膜的基础上,“九五”期间,在国家八六三计划新材料领域的支持下,对丝素蛋白作为生物医学材料的应用作了进一步的研究和产品开发,主要工作如下:1 丝素成膜设备的研制 该设备采用载带式低温热风分层干燥方法,用以生产丝素创面保护膜,亦能用以其他医用膜的研制、开发。该设备设计合     

仿生制备的再生丝素蛋白水溶液的静电纺丝（Ⅲ）-金属离子的影响

通过添加在家蚕丝腺体中含量较多的钾、钙、镁3种金属离子,研究了不同种类的金属离子对丝素蛋白水溶液的流变性能及静电纺丝的影响.研究结果表明,添加K 后溶液的表观粘度较大,而含Ca2 和Mg2 的丝素溶液粘度较小;分别加入0.225mol/L K 、Ca2 和Mg2 后,再生丝素蛋白水溶液在pH为6.0浓度为30%时都可通过静电纺丝法成纤.对于添加了0.225mol/L的混合金属离子的pH为6.0的再生丝素蛋白水溶液而言,丝素溶液的静电纺丝可纺浓度在27%～35%之间,随着丝素浓度的增加,所制纤维的平均直径增大,直径分布变宽.通过拉曼光谱、X衍射、DSC对再生丝素蛋白纤维的结构进行了表征,发现再生丝素蛋白纤维中已含有少量的Silk Ⅱ结构,主要是无定形结构.     

光交联丝素蛋白水凝胶的制备及生物医学应用

水凝胶是一类物理化学性质接近软组织的先进材料,已有众多聚合物用于水凝胶的制备。丝素蛋白由于具有优异的生物相容性、生物可降解性和易于制备成各种形式的材料等优点,在生物医学领域中具有广泛的应用,其中水凝胶是丝素蛋白在生物医学中应用的重要形式。由于分子的独特结构,丝素蛋白可以通过多种方法形成水凝胶。近年来,光交联水凝胶由于具有制备条件温和、副产物少、反应过程容易控制等优点,逐步成为研究的热点。首先对丝素蛋白的分子结构和特性进行了介绍,总结了丝素蛋白水凝胶的制备方法,重点阐述了光交联丝素蛋白水凝胶的研究现状,并讨论了它们在生物医学领域的应用,最后对光交联丝素蛋白水凝胶未来发展方向进行了展望。     

丝胶组分和高湿后处理对静电纺丝素纤维结构与性能的影响

利用静电纺丝法制备了再生丝素和再生丝素/丝胶蛋白纤维,并对所得纤维进行了高湿后处理。采用扫描电镜分析了丝胶蛋白和高湿后处理对静电纺再生丝素蛋白纤维形貌的影响,采用拉曼光谱、X射线衍射和热失重分析研究了所得纤维微细结构及热性能。研究结果表明,添加丝胶蛋白有利于降低静电纺再生丝素蛋白纤维的直径及其分布,而高湿后处理对纤维的形貌没有明显影响;添加丝胶蛋白和/或高湿后处理有利于促进丝素发生向β-折叠构象的转变,并使纤维的结晶结构得到改善,从而进一步提高纤维的热稳定性。     

丝素蛋白复合石墨烯类材料在生物医学领域中的研究进展

丝素蛋白是一种天然生物聚合物,因其具有独特的弹性、柔韧性、生物相容性和生物可降解性而在生物医学领域有很大的应用潜力。然而,低成骨能力和力学性能不足限制了其在骨科等领域的应用。石墨烯是一种碳质新材料,具有强度高、延展性能优良以及导热系数高、电子迁移率高和电阻率低等特性。以氧化石墨烯、还原氧化石墨烯为代表的石墨烯类纳米材料在保持石墨烯特性的基础上,又分别被赋予了良好的水溶性、生物相容性及电化学活性等卓越的理化性能,近年来已成为生物医学领域的研究热点。研究发现,将丝素蛋白与石墨烯类材料联合应用,可结合各自特点以制备出性能更优的复合材料,从而开辟更广阔的应用前景。本文综述了丝素蛋白复合石墨烯类材料的制备方法、性能及其在生物医学领域的应用,并展望了此类复合材料在生物医学领域未来的发展趋势。     

蚕丝在生物医用材料领域的应用研究

蚕丝既是优质的天然蛋白纤维,也是优质的高分子蛋白质材料,具有良好的力学性能、生物相容性和可控的生物降解性等。随着生物医用材料领域的不断发展和各学科的交叉融合,蚕丝作为生物医用材料已展示出很强的竞争力,其在该领域的应用潜力已逐渐展现。介绍了蚕丝的构成和特点,总结了蚕丝丝素及丝胶提取的方法,综述了近年来蚕丝及蚕丝蛋白在组织工程、载药、敷料等方面的应用,并客观分析了蚕丝及蚕丝蛋白在这些具体应用过程中所发挥的重要作用及各种蚕丝材料的优缺点,最后就蚕丝在生物医用材料领域的应用前景进行了展望。     

湿法纺丝技术在新型载药系统中的研究进展与前景分析

随着生物医用材料的发展,载药系统不断更新。继缓释和控释给药系统、经皮给药系统、黏膜给药系统、靶向给药系统、应答式给药系统之后,载药纤维作为一种新型载药系统,通过调控纤维的材料和工艺,不仅可以实现单一给药系统的给药功能,还能够实现复合给药功能,在生物医用材料领域已经显示出巨大的应用潜力。湿法纺丝作为一种成熟的化纤制备工艺,适合聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、蚕丝蛋白等一些生物医用材料的纤维成型,将该技术应用于生物医用材料的制备已成为研究热点。对湿纺丝纤维作为新型载药系统的研究现状进行了介绍,并对湿法纺丝技术在生物医学材料领域中的研究和应用做了展望。     

基于丝素蛋白与纳米银线的柔性透明导电膜及其光电应用

丝素蛋白具有优异的生物相容性,可用于生物医学、组织工程等领域.为了探索丝素蛋白在不同交叉领域的应用,本工作首先合成了高长径比的纳米银线,将其旋涂在玻璃基底上,然后流延、浇注再生丝素蛋白溶液,经过干燥后得到具有优异的方块电阻和良好的透光率的柔性导电膜.为了探索该柔性导电膜在光电领域的应用,以纳米银线-丝素蛋白膜代替传统的ITO-玻璃基底制备了简单的有机太阳能电池.结果发现,纳米银线形成了充分接触的网格,并且被丝素蛋白牢牢地包覆,膜的结构没有因为纳米银线的引入而被破坏.纳米银线-丝素蛋白膜在550 nm处的透光率随着纳米银线溶液旋涂次数的增加由最高的97％降低至81％.膜的方块电阻随着纳米银线溶液旋涂次数的增加由最高的33.6Ω/sq降低至6.0Ω/sq.有机太阳能电池的光电转换效率为4.78％,开路电压为0.67 V,短路电流为15.22 mA/cm2.     

再生丝素/羧甲基壳聚糖膜的制备和性能

用二次冷冻干燥法制备出以戊二醛为交联剂的再生丝素/羧甲基壳聚糖复合材料,研究了不同配比的戊二醛/丝素/羧甲基壳聚糖膜的理化性质。结果表明:这种再生丝素/羧甲基壳聚糖复合材料具有联通的三维多孔结构,孔径分布均匀,丝素与羧甲基壳聚糖之间形成分子间氢键,相容性好;丝素与羧甲基壳聚糖的质量比为1:1,戊二醛的含量为0.20%时共混材料的力学性能最优,且热稳定性较好。植入皮下结果表明,这种复合材料具有良好的生物降解性和生物相容性。     

静电纺丝蛋白纳米纤维膜的改性研究进展

采用静电纺丝技术制备蛋白纳米纤维膜,并应用于生物医用材料当中,能充分发挥天然蛋白无免疫原性、促进伤口愈合等生物学功能,为开拓天然蛋白在生物医学领域中的应用奠定基础。但由于蛋白质分子量小,可纺性差,在水中容易溶失。制成的膜材料力学性能差且不具备抑菌性能,所以无法满足理想生物医用材料的要求。从改善蛋白纳米纤维膜的综合性能出发,详细综述了蛋白纳米纤维膜的共混改性、交联改性以及无机纳米改性的研究进展,以期为制备出理想的蛋白纳米纤维膜提供有益参考。     

丝素蛋白柔性电子器件材料的研究进展

丝素蛋白材料凭借良好的生物相容性、可控生物降解性、再生形貌多样性等已被制成柔性电子器件在电子领域进行了应用研究。本文首先综述不同溶解方法对蚕丝再生材料制备的影响,同时对丝素蛋白材料的(微球、膜、纤维、凝胶、支架等)制备方法、材料性能进行分析,最后总结了近年来丝素蛋白基柔性电子材料的应用研究进展。尽管已有研究表明可获得各种性能良好的丝素蛋白基材料用于电子领域,但产业化之路仍较长。考虑到丝素蛋白微纳米结构、易再生加工等优势,期待具有高灵敏度、生物相容性、耐用性和便携性丝素蛋白基柔性电子产品出现。      

丝素蛋白在室温离子液体中的溶解与再生性能研究

室温离子液体1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑和1-(2-羟乙基)-3-甲基氯代咪唑是丝素蛋白的新型良溶剂.丝素蛋白在1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑和1-(2-羟乙基)-3-甲基氯代咪唑中的溶解度分别为14.5%(质量分数)(100℃)和8.0%(质量分数)(80℃).向离子液体丝素溶液中加入乙醇或正丁醇可获得再生丝素蛋白.XRD和FT-Raman研究表明再生丝素蛋白膜的构象主要是β-折叠结构.TGA数据表明再生丝素蛋白的热稳定性比天然丝素纤维有所降低,热失重残留物有所增加.同时,机械性能和溶失率分析结果显示从离子液体中再生的丝素蛋白表现出良好的湿态机械性能和优异的稳定性.     

不同剪切速率下高浓度再生丝素蛋白水溶液性质与结构的研究

主要研究了不同剪切速率下,丝素蛋白浓度、pH值、钙离子和丝胶含量对高浓度再生丝素蛋白水溶液性质的影响,并采用偏光显微镜和拉曼光谱对剪切前后的溶液结构进行了观察分析.结果表明,高浓度再生丝素蛋白水溶液经过一定的剪切作用后呈现出各向异性的特点,且随着各种因素的调节,溶液出现各向异性的临界剪切速率也随之改变.同时,在一定的剪切条件下,高浓度再生丝素蛋白水溶液中的丝素蛋白分子可发生由无规卷曲向α-螺旋构象的转变,并有进一步形成β-折叠构象的趋势.     

仿生制备的再生丝素蛋白水溶液的静电纺丝（Ⅱ）——pH值的影响

制备了与蚕体内相近浓度的再生丝素蛋白水溶液并模仿其腺体内不同部位的pH值(从6.9～5.2)对溶液进行了调节,研究了不同pH下丝素蛋白水溶液的流变性能,并对溶液进行了静电纺丝的尝试.研究结果表明,随着pH值的下降,体系的表观粘度增大,对剪切的敏感性提高;利用静电纺丝技术成功获得了平均直径在700nm的丝纤维,通过拉曼光谱、X衍射、DSC对再生丝素蛋白纤维的结构进行了表征,发现再生丝素蛋白纤维主要是无规卷曲或silk Ⅰ结构,pH值的降低,有利于静电纺丝纤维从无规卷曲或silk Ⅰ结构向silk Ⅱ结构转变.     

生物医用材料表面高分子基涂层的功能化构筑

生物医用材料是为生物和医用相关领域使用而设计并制备的功能材料。随着社会的快速发展,人们对生活水平的要求相应提高,并伴随着医疗水平的不断提高和材料科学领域的高速发展,生物医用材料在人类社会生活中的应用越来越广泛。例如,在过去的几十年里,人工髋关节和膝关节植入物的数量显著增加;血管支架、心脏瓣膜、血管移植物和其他植入装置被广泛用于挽救生命和提高患者的生活质量;各种非植入的、短期使用的导管和固定螺钉等生物医用装置也在临床中广泛使用。生物医用材料作为一种人类生命和健康密切相关的功能材料,应当满足良好的生物相容性和具有一定的生物功能性,例如不会引起生理系统的严重排斥等。当生物材料与生命体例如细胞、组织、微生物等相接触时,材料的表面首当其冲,因此其在生物材料的综合性能中扮演着极为关键的角色。通过对材料表面做一定的处理或特定修饰,改变材料表面物理、化学或生物性能,就有可能在材料表面引发特殊的生物反应,促进或影响材料与生物体之间的作用,从而有可能获得促进细胞活性、组织修复或再生的功能。因此,生物材料的表面功能化研究已成为生物医用材料研究和发展的一个热点和重要领域。近年来,抗菌功能、药物负载以及细胞行为调控等功能是生物材料表面功能化构筑的重要研究方向,在材料表面构筑各种功能涂层是重要的策略之一。在抗菌涂层方面,经典的研究集中在抗黏附、接触杀菌以及释放杀菌分子的设计上,但新型的抗菌策略也不断发展,例如光热杀菌以及动态响应抑菌等。在药物负载传递方面,层层组装技术是一种被用来制备各种药物涂层的重要技术手段,组装单元的多样性为层层组装构建药物控释涂层的多样化提供了良好的基础。在细胞行为调控方面,基于层层组装的材料表面理化性能调控以及生物活性分子的固定,能够对包括黏附、铺展、迁移、增殖分化等细胞行为产生关键性的影响。本文归纳了当前生物医用材料表面功能化构筑的研究进展,分别从抗菌表面、药物负载传递、细胞行为调控等三个方面进行介绍,分析了在具体的功能化应用中生物医用材料表面面临的问题以及目前的功能化修饰方法,并展望了其应用前景,以期为制备具有更优化、更高效实际应用的生物医用材料表面提供参考。     

把握发展机遇 奋力推动中国生物材料产业化进程

生物医用材料（又称生物医学材料或生物材料）是一类用于诊断、治疗、修复或替换人体组织、器官或增进其功能的高技术材料,涉及亿万人的健康,是保障人类健康的必需品。按国际惯例,生物医用材料及医用植入体是生物医学工程产业的重要组成部分,其管理属医疗器械范畴。     

通用高分子材料的化学和生物改性及其血液相容性研究

功能化与高性能化的通用高分子材料在医用耗材及器械领域有着广泛的应用。作为重要的医用材料之一,血液相容性是首先需要解决的关键科学问题。通用高分子的血液相容性可通过化学和生物修饰来实现。采用的方法大体分为本体改性和表面改性。本体改性主要通过反应接枝和反应共混实现;而表面改性则主要通过在材料表面制备亲水性聚合物刷或亲水层、固定生物活性分子和形成生物仿生膜3种方法来实现。目前,生物材料的血液相容性研究主要集中在血浆蛋白吸附、血小板粘附和红细胞溶血3个方面。结合本课题组近期在生物医用材料领域的研究成果,简要介绍了国内外近年来通用高分子材料的化学和生物改性及其血液相容性研究进展。     

仿生制备的再生丝素蛋白水溶液的静电纺丝(Ⅰ)——工艺参数及结构特性

制备出了与蚕腺体内纺丝液浓度和后部丝腺pH值相近的再生丝素蛋白水溶液,利用静电纺丝技术模仿蚕在空气中吐丝的过程得到了再生丝素蛋白纤维.所得纤维的直径在350～4200nm之间,平均直径1700nm.通过正交实验方法考察了各种因素对纤维形态、直径及直径分布的影响,结果表明:所施电压对纤维的形态影响最大;溶液浓度对纤维的直径影响最大;喷头与接受板间距离对纤维直径的分布影响最大.实验得出了一个较好的静电纺丝条件为浓度30%,电压40kV,喷头与接受板间距离20cm.采用拉曼光谱、X衍射、DSC对再生丝素蛋白纤维进行了表征,发现再生丝素蛋白纤维中含有少量的Silk I结晶结构,主要以无定形结构为主,这与天然蚕丝的半结晶结构相比尚有差异.     

原子转移自由基聚合在生物材料中的应用

生物材料表面改性以及具有特定结构与功能的先进生物材料的合成始终是生物材料研究的核心课题.原子转移自由基聚合( ATRP)是一种新型自由基聚合,在生物材料表面改性以及新型生物材料合成方面具有巨大的应用前景.利用ATRP技术可以提高生物材料表面生物相容性、生物适应性以及生物功能性,如提高材料表面的抗生物污染性、血液相容性、细胞相容性以及抗菌性能等;同时,ATRP也可用于合成新型生物医用高分子材料,如两亲性高分子、纳米胶束、智能水凝胶以及一些具有特殊结构的高分子(包括星型、超支化、梳型高分子等).ATRP技术与点击化学结合,可形成新的生物活性表面或者合成新的生物材料,可望产生更多的功能化的材料表面与生物材料.