力学性能可调的丝蛋白支架的研究

【摘要】蚕丝不仅具有优异的服用性能，而且有着良好的生物相容性、可控的降解速度及特有的理化性质，这使得丝素蛋白作为一种普适性的生物材料，特别是组织修复支架材料获得广泛关注。然而，不同组织修复对材料的力学性能、降解性能以及纳米结构都有着不同的要求，需要根据特定组织再生的规律进行材料的设计。如何灵活调控支架材料的力学性能、降解性能等，进一步提高支架的生物相容性和诱导性使其更有利于不同组织的修复是我们面临的挑战。盐析法是制备丝蛋白多孔材料常用方法，然而盐析法制备的丝蛋白多孔支架一般具有较高的强度和较低的韧性，不适用于软组织修复。本论文中，我们通过对丝素蛋白溶液进行浓缩处理，调控丝蛋白的结构和性能。然后将溶液稀释到原浓度，利用盐析法制备出具有更好柔韧性的丝蛋白多孔支架，并对处理前后的丝素蛋白材料的微观形貌、二级结构和力学性能进行研究。SEM图像表明经快速浓缩及缓慢浓缩后盐析法支架孔径未受影响，都形成了良好的多孔结构。进一步对丝蛋白支架孔壁微观结构进行分析发现，经缓慢浓缩处理后的支架形成了大量具有微纳结构的小球，其特殊的结构可能有利于细胞的粘附和生长。X-衍射和红外结果表明浓缩处理过的丝素蛋白，随着浓缩时间的增加，所形成多孔支架中的丝蛋白结晶度降低，β-折叠减少，无规构象增加，有利于提高其柔韧性和亲水性。压缩强度测试证明随着浓缩时间的增加，丝素蛋白支架压缩强度降低。在此基础上，本研究通过向溶液中添加甘油，调节溶液的pH值等方法对新鲜丝素溶液和丝素浓缩液进行了进一步调节，增加支架的模量调控范围。实验发现亲水作用的增强能够阻碍丝素蛋白由无规结构向SilkII结构的转变，进而调控支架的力学性能，降低支架模量。而调节溶液的pH值会改变溶液中丝素蛋白的形态，使其由纳米球形态向纳米线形态转变，可以在一定程度上增加支架的模量。最后，通过大鼠骨髓间充质干细胞的体外细胞培养，用普通丝素溶液经盐析法制备的丝蛋白多孔支架作为对比，研究了不同模量的丝素多孔材料对大鼠骨髓间充质干细胞粘附、增殖的影响。激光共聚焦显微镜和扫描电镜结果表明细胞在支架上伸展增殖情况良好，DNA定量分析结果进一步证明了丝素支架良好的生物相容性。综上所述，通过调控丝蛋白的亲水作用和纳米形态结构，可以制备出压缩模量、降解速率等方面性能可控的丝素支架，从而优化原有方法实现对丝蛋白性能的进一步设计，从而制备出满足不同组织再生的丝蛋白多孔支架。
【作者】姚丹语；
【导师】吕强；
【作者基本信息】苏州大学，纺织材料与纺织品设计，2014，硕士
【关键词】丝素蛋白；多孔支架；二级结构；机械性能；

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