具備納米結(jié)構(gòu)特征SF基支架的構(gòu)建及其結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、作為傳統(tǒng)紡織品原料的拓展，蠶絲近年來(lái)的研究主要集中于高新技術(shù)領(lǐng)域，特別是探索用于生物醫(yī)用組織工程和藥物緩釋材料研究。為此，蠶絲蛋白(SF)已經(jīng)被再生加工成長(zhǎng)絲、多孔支架、水凝膠、納米纖維等多種形式并受到廣泛關(guān)注。然而如何進(jìn)一步提高SF支架的生物相容性和組織再生的誘導(dǎo)性仍然是SF作為生物醫(yī)用材料面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。最新研究發(fā)現(xiàn)，天然細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)結(jié)構(gòu)(如膠原纖維直徑)在細(xì)胞功能維持、干細(xì)胞分化和組織再生中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。因此制備具有

2、仿ECM結(jié)構(gòu)的再生SF支架成為SF作為生物醫(yī)用材料的熱點(diǎn)方向，并且其在再生醫(yī)學(xué)生物材料領(lǐng)域具有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值。為制備出具有仿ECM納米結(jié)構(gòu)的再生SF支架，本文首先控制SF再生過(guò)程中的自組裝，形成特定的SF自組裝納米結(jié)構(gòu)，研究SF自組裝納米結(jié)構(gòu)對(duì)溶液性質(zhì)、再生SF膜、靜電紡SF納米纖維、冷凍干燥SF多孔支架形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能的影響，在此基礎(chǔ)上制備出S聊LA(聚乳酸)共混納米纖維、SF/HA(透明質(zhì)酸)共混多孔支架，并對(duì)其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行表征

3、。
　　 本文首先控制再生SF水溶液的濃縮干燥過(guò)程，在緩慢濃縮過(guò)程中形成SF自組裝納米纖維結(jié)構(gòu)。具有納米纖維結(jié)構(gòu)的再生SF溶液具有較高的溶液粘度；以此溶液形成的多孔支架具有完整三維(3D)多孔結(jié)構(gòu)而非新鮮SF溶液形成的片層結(jié)構(gòu)；以此溶液形成的再生SF膜具有典型的silkⅠ結(jié)構(gòu)，且膜斷面內(nèi)可見(jiàn)大量納米纖維結(jié)構(gòu)；以此含有納米纖維結(jié)構(gòu)的再生SF膜甲酸溶解后進(jìn)行靜電紡絲發(fā)現(xiàn)，紡絲液內(nèi)含有大量納米纖維結(jié)構(gòu)，且溶液粘度很高，此溶液的可紡性也

4、很高，如在較低的濃度(6％)下就可以獲得納米纖維，所紡纖維直徑小于100 nm；通過(guò)對(duì)靜電紡SF納米纖維進(jìn)行不同濃度乙醇溶液蒸汽后處理可以獲得不同二級(jí)結(jié)構(gòu)的靜電紡SF納米纖維支架。
　　 以六氟異丙醇(HFIP)為溶劑溶解緩慢干燥SF膜(膜內(nèi)含大量納米纖維結(jié)構(gòu))和聚乳酸(PLA)切片，經(jīng)過(guò)靜電紡絲可以獲得不同SF/PLA比例的共混納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)：純SF納米纖維直徑高于PLA納米纖維一個(gè)數(shù)量級(jí)，隨著SF含量越高纖維直徑越粗；掃

5、描電鏡未觀察到相分離的存在，但從結(jié)構(gòu)和熱性能分析來(lái)看，SF/PLA共混纖維有明顯的相分離存在；進(jìn)一步通過(guò)氯仿選擇性溶解去除PLA證實(shí)了SF/PLA存在明顯的相分離，其中SF相是連續(xù)的，而PLA是聚集的；借此采用選擇性溶解方法可以制備出多孔SF納米纖維支架，并通過(guò)調(diào)整PLA的比例控制多孔SF納米纖維上的孔徑和孔隙率。
　　 很多人體組織器官的ECM是由蛋白和多糖組成的。因此，本文將將新鮮SF水溶液(主要為納米球結(jié)構(gòu))與不同分子量(

6、60W、160 W和260 W)透明質(zhì)酸(HA，多糖類)共混，經(jīng)過(guò)冷凍干燥形成SF/HA共混支架，探討成份仿生材料的制備及結(jié)構(gòu)、性能。研究發(fā)現(xiàn)：HA可以誘導(dǎo)SF自組裝形成納米纖維結(jié)構(gòu)，且隨著HA分子量的增大，SF/HA共混支架內(nèi)部從片層結(jié)構(gòu)到形成越來(lái)越多的3D多孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高了SF/HA共混支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；SF/HA共混支架以無(wú)定形結(jié)構(gòu)為主，75％乙醇蒸汽后處理可以誘導(dǎo)SF從無(wú)定形向silkⅡ結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變；HA的加入會(huì)抑制SF的結(jié)晶，特

7、別是在后處理過(guò)程中抑制SF從無(wú)定形結(jié)構(gòu)向silkⅡ結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。
　　 以濃縮后的SF水溶液(主要為納米纖維結(jié)構(gòu))與不同分子量HA共混，經(jīng)過(guò)冷凍干燥形成SF/HA共混支架，研究發(fā)現(xiàn)：所有樣品的內(nèi)部均為完好的3D多孔結(jié)構(gòu)，而SF/HA共混膜的斷面均可見(jiàn)大量納米纖維結(jié)構(gòu)，HA的加入則可以提高孔間的連通性；SF/HA共混多孔支架仍然以無(wú)定形結(jié)構(gòu)為主，經(jīng)過(guò)75％乙醇蒸汽后處理后SF從無(wú)定形結(jié)構(gòu)向silkⅡ結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變：HA的加入可以明顯提高SF

8、/HA共混支架的親水性能，其膨脹率明顯高于純SF多孔支架；75％乙醇蒸汽后處理后的SF/HA共混多孔支架在去離子水中浸泡5h后，SEM圖片可見(jiàn)支架斷面孔壁被納米纖維覆蓋，纖維直徑介于50 nm～500 nm之間。
　　 本文研究發(fā)現(xiàn)，在絲素蛋白再生加工過(guò)程中會(huì)發(fā)生自組裝，通過(guò)對(duì)再生SF水溶液的緩慢濃縮可以形成類SF自組裝納米纖維結(jié)構(gòu)，該納米結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)再生SF支架的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生重要的影響。在此基礎(chǔ)上，本論文制備含SF自組裝納