1、絲蛋白(Silk Fibroin,SF)是被研究最多的天然結(jié)構(gòu)性高分子之一,由于其良好的生物相容性和降解性,在生物材料(如醫(yī)藥縫合線、組織工程支架材料等)方向有較為廣泛的應(yīng)用前景。而靜電紡絲作為制備納米到微米級纖維的一種簡單有效的方法,可制備具有高比表面積及高的孔隙率的電紡膜,此種膜可作為高性能過濾材料、藥物載體等加以利用。本論文為避免以往絲蛋白電紡時有機溶劑的使用以及獲得具有一定力學(xué)性能的絲蛋白電紡膜,我們采用本課題組發(fā)明的方法,制備

2、了較高分子量且適合電紡的絲蛋白水溶液,通過參數(shù)的調(diào)節(jié)及優(yōu)化(如紡絲液濃度、紡絲液電導(dǎo)率、電場強度、接收距離、注射速度等),成功地實現(xiàn)了絲蛋白水溶液的靜電紡絲。所制備的絲蛋白電紡膜不僅具有形貌及尺寸的可操控性,而且具備滿意的力學(xué)性能(拉伸強度及斷裂伸長率分別為11.1±0.7MPa和10.2±1.6％),為后續(xù)的應(yīng)用如生物礦化提供了良好的基礎(chǔ)。為了進一步拓展絲蛋白的應(yīng)用范圍,在成功地對單一絲蛋白水溶液電紡的基礎(chǔ)上,論文第二部分成功地制備了

3、以絲蛋白為主體的復(fù)合電紡纖維,具體講,分別將絲蛋白與聚乙烯醇(PVA)、明膠(Gelatin)和羥基磷灰石(HAP)等進行共紡,制備了具有不同結(jié)構(gòu)的納米纖維。聚乙烯醇易溶于水,而醇處理后的絲蛋白不溶于水,對聚乙烯醇/絲蛋白進行同軸共紡,將制備的PVA(芯部)/SF(皮層)復(fù)合纖維進行醇處理后再水洗,即可除去水溶性的PVA(芯部),而留下不溶于水的SF(皮層)。明膠具有良好的生物相容性和生物降解性,但其水溶液在室溫下不易流動。通常電紡明膠

4、時的溶劑為甲酸,但在制備明膠/絲蛋白復(fù)合纖維時,若將明膠甲酸溶液和絲蛋白水溶液混合電紡,甲酸可能會導(dǎo)致絲蛋白降解。為此,我們將明膠甲酸溶液和絲蛋白水溶液分別裝于不同的注射器中進行同軸共紡,盡量減少電紡時兩者的接觸時間,成功制備了具有“皮-芯”結(jié)構(gòu)的明膠/絲蛋白復(fù)合纖維膜,所制備的復(fù)合膜在皮膚、軟骨的組織工程支架材料中具有良好的應(yīng)用前景。動物體內(nèi)以羥基磷灰石為主要化學(xué)成份的納米級針狀晶體均勻地分布在膠原蛋白基質(zhì)中,與纖維原細胞一起構(gòu)成了骨

5、骼及其組織。與膠原蛋白相類似,絲蛋白基質(zhì)具有提高纖維原細胞粘附和生長的作用,并且在一定程度上能夠誘導(dǎo)無機礦物的沉積,因此,結(jié)合羥基磷灰石和絲蛋白的優(yōu)點,制備的羥基磷灰石/絲蛋白復(fù)合纖維,有可能在骨修復(fù)領(lǐng)域中得到進一步的應(yīng)用。論文第三部分主要研究了以絲蛋白電紡膜為模板,誘導(dǎo)無機物在其上的沉積和礦化。生物礦化即在生物體內(nèi)形成無機礦物質(zhì)的過程。在此過程中,通過特定的有機模板的調(diào)控,無機物在有機/無機界面處成核并緩慢生長,從而控制有機/無機復(fù)合

6、材料生長的形狀和最終性能。由于絲蛋白含有羧基,它可以和鈣離子發(fā)生強烈的螯合作用,因此絲蛋白能夠在一定程度上影響無機物的礦化。我們以力學(xué)性能良好的絲蛋白電紡膜為模板,首先對其誘導(dǎo)羥基磷灰石的礦化進行了研究,并進一步經(jīng)過重復(fù)電紡和礦化后,成功地制備了絲蛋白/羥基磷灰石多層復(fù)合物,這與貝殼珍珠層中的多層板狀結(jié)構(gòu)有一定的相似之處,對探索自然界的礦化過程有相應(yīng)的意義。而且,在礦化過程中,可以通過調(diào)節(jié)絲蛋白和羥基磷灰石的比例,使絲蛋白的存在能夠改善

7、羥基磷灰石的脆性,提高其韌性,這在骨骼修復(fù)領(lǐng)域具有一定的實際意義。其次,本文還考查了絲蛋白電紡膜中羥基磷灰石的含量對有機基質(zhì)誘導(dǎo)礦化的影響,分別以SF電紡膜、HAP/SF(1/20,v/v)電紡膜及HAP(芯部)/SF(皮層)電紡膜為有機基質(zhì),對其誘導(dǎo)礦化的能力進行了探索。結(jié)果表明“皮-芯”結(jié)構(gòu)的HAP/SF電紡膜更利于礦化的進行。最后,以絲蛋白電紡膜為模板,對其誘導(dǎo)碳酸鈣的礦化進行了初步探索。此過程我們采用了兩種礦化體系:其一是將醇處