丝素蛋白在醇-水溶剂中的构象变化机理及其药物释放应用研究

摘要

丝素蛋白是蚕丝最主要的组成部分，由于其优异的力学性能、生物相容性和可生物降解性而在组织工程和药物缓释材料等领域展现出巨大的应用前景。近年来，国内外对丝素蛋白生物材料的制备和应用得到了很大发展，制备结构和性能可调控的丝素蛋白材料以适应实际应用的需要已经逐步成为科研工作者的工作重点。调节结晶结构是丝素蛋白材料制备的一个重要内容。溶剂处理是诱导丝素蛋白由无规卷曲向β-折叠转变的有效方法，了解溶剂体系的微观结构变化和丝素蛋白-溶剂的相互作用对丝素蛋白二级结构转变的影响，对调节控制丝素蛋白材料的结晶结构具有重要的指导作用。
　　 论文首先测定了丝素蛋白在甲醇-水和乙醇-水混合溶剂中的圆二色谱(CD)和发射荧光光谱，结合外源荧光探针8-苯胺基萘-1-磺酸镁(ANS)的荧光光谱，分析了丝素蛋白在甲醇、乙醇-水混合溶剂中构象变化及机理。结果表明，疏水侧链和肽键单元在醇-水混合溶剂中的溶剂化对丝素蛋白由无规卷曲向β-折叠的构象转变产生不同影响，并与溶剂体系微观结构的变化密切相关。醇是两亲分子，对水的氢键网络结构具有相反的作用，使得低浓度的醇-水混合溶剂可以保持水固有的分子簇结构，醇的加入对丝素蛋白肽键单元的溶剂化影响较小，有助于丝素蛋白保持无规线团结构。随着醇浓度的增加，溶剂结构出现由四面体结构的水分子簇向链状结构的醇分子簇的转变，丝素蛋白通过形成分子内氢键减少肽键单元与溶剂分子的接触而引起热力学上的不利，并由于丝素蛋白特定的氨基酸序列而形成规整的β-折叠结构。另一方面，醇分子通过破坏水的氢键网络结构和与蛋白质疏水侧链的疏水结合而削弱了疏水侧链的作用，加速丝素蛋白由疏水由无规卷曲向β-折叠的构象转变。
　　 在此基础上，论文选择罗丹明B为药物模型分子，通过包埋法和丝素蛋白混合制备丝素蛋白药物缓释体系，考察不同的醇-水混合溶剂对丝素蛋白膜的结构、形态和药物释放动力学的影响，实验结果表明：丝素薄膜在醇-水溶剂中的构象转变受到水分子扩散、醇分子扩散和丝素-溶剂分子相互作用等多个因素的共同影响，丝素蛋白膜接触溶剂而产生充分溶胀可以为丝素蛋白肽链提供足够的自由运动空间，有利于丝素蛋白的构象转变，并对丝素蛋白膜的结构形态和药物释放性能产生重要影响。柔性的无规卷曲结构在水溶液中更易于发生溶胀，有助于丝素蛋白膜内部微孔的产生和药物分子的释放。