蜘蛛丝纤维的研究现状与展望

概述了近期国内外丝蛋白及纤维的合成及改性研究现状,发现人造蜘蛛丝蛋白主要来源于基因改变后的桑蚕、大肠杆菌等,对蜘蛛丝纤维物理力学性能的改性方法主要集中在蛛丝蛋白改性、纺丝方法转变、紫外辐射及与其他纺丝液复合纺丝等。通过蜘蛛丝纤维与其他纤维的物理性能比较得知,蜘蛛丝纤维断裂伸长率高(43.4%)、拉伸强力大、耐疲劳性好。同时,简述了蜘蛛丝纤维在复合材料、医用仿生材料以及纺织材料等领域的应用情况,并对蜘蛛丝纤维今后的发展进行了展望。     

虎纹捕鸟蛛丝——一种可人工养殖的蜘蛛丝

结圆网蜘蛛大囊状腺分泌的牵引丝纤维被认为是世界上综合力学性能最优异的天然蛋白质纤维,同时具有良好的生物降解性和生物相容性,但是结圆网蜘蛛具有互相蚕食性,无法进行规模化人工养殖.虎纹捕鸟蛛作为目前众多种类蜘蛛中唯一可人工养殖的蜘蛛,其蛛丝纤维同样具有良好的生物学特性,在生物医用材料领域具有潜在的应用前景.本文概要介绍虎纹捕鸟蛛丝纤维的组成、结构与性能,并在此基础上阐述了静电纺再生捕鸟蛛丝纤维的形态结构及细胞增殖粘附性能,分析其在生物医用材料领域的潜在应用价值.     

虎纹捕鸟蛛丝——一种可人工养殖的蜘蛛丝

结圆网蜘蛛大囊状腺分泌的牵引丝纤维被认为是世界上综合力学性能最优异的天然蛋白质纤维,同时具有良好的生物降解性和生物相容性,但是结圆网蜘蛛具有互相蚕食性,无法进行规模化人工养殖。虎纹捕鸟蛛作为目前众多种类蜘蛛中唯一可人工养殖的蜘蛛,其蛛丝纤维同样具有良好的生物学特性,在生物医用材料领域具有潜在的应用前景。本文概要介绍虎纹捕鸟蛛丝纤维的组成、结构与性能,并在此基础上阐述了静电纺再生捕鸟蛛丝纤维的形态结构及细胞增殖粘附性能,分析其在生物医用材料领域的潜在应用价值。     

再生丝素纤维的纺制及其结构性能研究

以溴化锂(LiBr)、六氟异丙醇(HFIP)溶解丝素纤维，通过湿法纺丝法纺出了再生丝素纤维，并以X射线衍射法、红外光谱法、热重分析法研究了再生丝素纤维的结构及力学性能等。     

溶剂对静电纺丝素纳米纤维结构特征的影响

将丝素蛋白分别溶解在甲酸和六氟异丙醇（HFIP）内，通过静电纺丝方法成功纺制丝素（SF）纳米非织造网。其中以甲酸为溶剂所纺纳米纤维的平均直径是80nm，并且直径分布呈单峰状，而以HFIP为溶剂的纳米纤维直径较粗为380nm。将SF纳米非织造网浸在甲醇水溶液中进行后处理，并通过红外光谱和^13C CP—MAS固体NMR谱研究非织造网的结构转变。以甲酸为溶剂制备的SF纳米纤维具有更多的肛折叠构象。甲醇水溶液是改变SF纳米纤维二级结构从无规卷曲到肛折叠结构转变的快速又有效的方法。目前的研究发现，通过使用不同溶剂可以控制丝素蛋白的尺寸和二级结构，从而将材料应用于生物医学方面，特别是组织工程方面。     

丝素蛋白在生物医用材料中的应用

总结蚕丝蛋白纤维的组成与结构、蚕茧脱胶与丝素蛋白溶液的制备、丝素蛋白在单一结构和多级结构的生物医用材料中的应用和发展现状,以及丝素蛋白纤维的溶解方法和纺丝方法。     

丝素蛋白/茜草素复合纤维膜的制备及应用

为提高丝素蛋白纤维膜的止血抗菌性能，以茜草素为止血抗菌剂，六氟异丙醇为溶剂，采用静电纺丝法制备丝素蛋白/茜草素复合纤维膜，对不同质量比的丝素蛋白/茜草素复合纤维膜形貌、吸水率、止血性能和抗菌性能进行了测试分析。结果表明：不同质量比的丝素蛋白/茜草素复合纤维膜呈光滑致密、无串珠的网状结构，并具有较高的吸水率；随着茜草素含量的增加，复合纤维膜的抗菌性呈显著增加趋势，当丝素蛋白/茜草素质量比为10∶1时，丝素蛋白/茜草素复合纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达到(92.02±1.03)%和(98.03±0.28)%,其止血性能明显优于市售止血纱布。     

静电纺丝丝素蛋白基纳米纤维在医学领域的应用

总结了静电纺丝丝素蛋白纳米纤维在医学领域的研究成果，介绍了以丝素蛋白为基材的复合纳米纤维在不同医学领域的应用进展，并对存在的问题进行分析。蚕丝复杂的多级结构使其难以构建更高层次的仿生结构，其性能调控问题也需要解决。加强结构优化方面的研究，创新加工手段以获得具有可调控性能的高性能丝素蛋白纳米纤维是未来的研究方向。     

丝素蛋白/硅酸钙复合纳米纤维的结构与性能

采用静电纺丝法制备了丝素蛋白/硅酸钙复合纳米纤维.XRD和FT-IR分析表明,复合纤维材料中丝素的结构以SilkⅡ为主.复合纤维的直径为200~400 nm,孔隙率约为78%.水接触角实验结果显示,复合纤维的亲水性比纯丝索纤维有所提高.分别用模拟体液和Tris缓冲溶液浸泡实验研究了复合纳米纤维的体外生物活性和降解性,结...     

丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维拉伸性能研究

为研究静电纺丝丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维的力学性能,为其在组织工程支架方面的应用提供指导,制备了静电纺丝丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维膜,对其中单根纤维的力学性能进行了直接拉伸测试。测试结果显示了大变形情况下共混静电纺丝纤维的拉伸力学性能特点。通过总结其中的数学规律,进行参数拟合,获得了可应用于静电纺丝膜力学模型研究的应力应变函数。     

再生蓖麻蚕丝素蛋白静电纺丝的结构研究

采用碳酸钠溶液对蓖麻蚕丝纤维脱胶,将脱胶后的蓖麻蚕丝素溶解于一定浓度的硫氰酸锂溶液中,透析成膜.然后将丝素膜溶解于六氟异丙醇,利用静电纺丝法制得再生蓖麻蚕丝素蛋白非织造网.通过扫描电镜观察非织造网的形态结构,红外光谱、X-射线衍射、热分析(DTA/TG)分析纤维的聚集态结构变化.研究结果表明,再生蓖麻蚕丝素蛋白非织造网纤维直径大约在几微米,与天然丝素相比其聚集态结构有较大变化.     

静电纺再生加工对横纹金珠丝微观结构的影响

蜘蛛丝因其优异的力学性能和良好的生物相容性引起了学者的广泛关注。为此在研究横纹金珠丝在六氟异丙醇（HFIP）中溶解性能的基础上,采用静电纺丝的方法制备再生横纹金珠丝（框丝、卵袋内层丝、卵袋外层丝）,分析比较再生横纹金蛛丝和天然横纹金蛛丝在形态结构、分子构象、结晶结构以及热稳定性方面的差异。结果发现：静电纺再生框丝呈扁平带状,带宽为(751±196)nm,卵袋内层丝和卵袋外层丝直径分别为(141±46)nm和(105±37)nm。X衍射图谱和TG-DTA测定结果表明,静电纺再生加工后,横纹金珠丝结构由silkⅡ向silkⅠ转变、结晶度下降、主要热分解温度降低。     

再生丝素纤维的湿法纺丝及其交联改性研究

以六氟异丙醇(HFIP)溶解再生丝素膜,通过湿法纺丝获得再生丝素纤维。再生丝素纤维经1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亚胺(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)作为交联剂进行后处理,利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、DSC热分析法、力学性能等表征方法研究和分析了牵伸和交联前后纤维聚集态结构和力学性能的变化。研究结果表明:再生丝素纤维经牵伸和EDC/NHS交联改性后,纤维直径变细为87μm,纤维内部结构以silk II结构为主;纤维的热稳定性提高,热分解峰峰值由281℃提高至288℃;纤维的断裂强度和断裂伸长率明显增大,分别达到1.41 cN/dtex和11.38%,表现出良好的柔韧性。     

静电纺聚乳酸纤维毡的微观结构及力学行为

通过静电纺丝可以制备由直径为数微米的聚乳酸纤维构成的多孔状材料。在确定纺丝工艺条件的基础上,分析接收基底对PLA纤维毡微观结构和力学性能的影响。研究结果表明:质量分数为11%的聚乳酸/二氯甲烷溶液可以利用静电纺纺出连续光滑且比较均匀的纤维;当以纳米级的静电纺丝素或锦纶纤维毡为基底时,可以使PLA纤维的分布均匀化,同时纤维的直径下降;经过复合后,PLA复合纤维毡承受负荷的能力得到了很大提高。     

丝素纳米纤维支架的修饰及其血液相容性

采用等离子体处理接枝和共混纺丝2种方法将肝素修饰到静电纺丝素纳米纤维支架上,通过扫描电镜和X射线光电子能谱测定和表征修饰效果,并对修饰前后丝素纳米纤维支架进行血小板粘附实验和体外抗凝血实验。结果表明：通过等离子体处理接枝和共混纺丝2种方法均可较好的将肝素修饰到丝素纳米纤维支架上;经肝素修饰后的丝素纳米纤维支架的凝血活酶时间、凝血酶原时间和凝血酶时间显著高于纯丝素纳米纤维支架;未经修饰的纤维支架上出现血小板黏附、凝聚现象,而经肝素修饰后的丝素纤维支架上未出现上述现象。     

磷酸钙盐在蚕丝纤维上的沉积矿化

将脱胶蚕丝纤维分别浸渍在磷酸氢二钠和硝酸钙溶液中矿化,使磷酸钙盐沉积在蚕丝纤维上。采用X射线衍射仪分析了沉积物的结构,结果显示沉积在蚕丝纤维上的结晶主要为羟基磷灰石晶体;扫描电子显微镜观察显示沉积物呈鳞片状及针状结晶;拉伸强度测试结果显示纤维矿化以后发硬,拉伸断裂伸长率下降,拉伸断裂强度也下降,总体变化不明显。磷酸钙盐与蚕丝纤维有较好的亲和力,能在蚕丝纤维上沉积,而对纤维的性能影响不大。     

熔融静电纺聚丙烯纤维的亲水改性

为对静电纺聚丙烯纤维进行亲水改性,采用表面活性剂吐温20,通过熔融微螺杆挤出机对等规聚丙烯进行熔融共混亲水改性,并通过静电纺丝的方法制备了聚丙烯纤维。通过傅里叶变换红外光谱分析、X射线光电子能谱分析和静态接触角测试对表面活性剂改性聚丙烯纤维的表面化学性质进行了表征,并使用差示扫描量热法对静电纺聚丙烯纤维进行了热力学性能测试。红外图谱显示表面活性剂吐温20已与聚丙烯共混成功,且改性后的聚丙烯纤维在表面活性剂吐温20添加量达到3%之后,静态水接触角明显降低,添加量达到5%时,接触角瞬间为零,展现出极好的吸湿性。X射线光电子能谱分析结果表明,表面活性剂吐温20富集在聚丙烯纤维的表面。     

蚕丝交织物的同浴染色技术

采用蚕丝与其他纤维交织的蚕丝交织物可改善纯蚕丝织物的服用性能。针对蚕丝交织物中纤维的染色性能,介绍了蚕丝/棉、蚕丝／羊毛、蚕丝／麻、蚕丝/竹纤维、蚕丝／大豆蛋白纤维等蚕丝交织物的染色技术,以期达到染色同色效果。     

静电纺SF/PEG共混纳米纤维的形态结构与热性能

以六氟异丙醇(HFIP)为溶剂,通过静电纺丝制得不同比例的丝素/聚乙二醇(SF/PEG)共混纤维,并通过SEM、FT-IR、XRD、DSC,研究其形态特征、分子结构和热性能.结果表明,共混纤维直径在250～700 nm,且随PEG含量的增大而变细;低分子量PEG的加入影响了SF的二级结构;共混纤维中存在2个相分离的结晶...     

细胞在丝素蛋白纳米纤维非织造布上粘附和增殖的研究

通过制备丝素蛋白水溶液,采用静电纺丝方法制备纳米纤维非织造布,并以此作为生物工程支架,研究了内皮细胞在材料表面的粘附和增殖情况。结果表明,细胞在丝素蛋白纳米纤维非织造布表面的粘附情况稳定,而且具有良好的增殖活性,材料生物相容性好,在生物医学领域具有很大的应用潜力。