分子量可控的再生家蚕丝素蛋白制备研究

摘要

丝素蛋白作为蚕丝的主要组分，因其良好的力学性能、生物相容性以及可降解性，已经被广泛应用于生物医用材料领域。家蚕丝素蛋白在生物医学方面的应用主要有两种形式，一是纤维状的丝素蛋白即丝素蛋白纤维，是脱胶后的天然蚕丝。二是再生丝素蛋白。从天然蚕丝制备再生丝素蛋白，要经历脱胶、溶解、透析和干燥四个阶段。目前对天然蚕丝脱胶的方法有很多种，比如酶脱胶法、碳酸钠脱胶法、尿素脱胶法和高温高压水脱胶法等。溶解丝素蛋白纤维的方法也有不少，比如溴化锂溶液、硫氰酸锂以及乙醇-水-氯化钙等盐离子溶液等。因此，不同的研究小组制备再生丝素蛋白的工艺可能会有所不同。然而，脱胶和溶解环节对再生丝素蛋白分子量及其分布有重要影响，从而影响再生丝素蛋白基生物材料的结构与性能。
　　因此，本研究拟对天然蚕丝制备再生丝素蛋白的工艺进行研究，重点研究脱胶及溶解对再生丝素蛋白分子量及其分布的影响。希望通过本研究获得制备分子量可控的再生丝素蛋白的工艺。本研究主要包括以下三个部分内容：
　　第一部分，脱胶对再生丝素蛋白分子量及其分布的影响。采用常规的0.5％碳酸钠溶液和8M尿素溶液在不同温度不同时间下对蚕茧进行脱胶。通过比较脱胶率、苦味酸胭脂红染色和SEM观察，得出8M尿素溶液在90℃的温度下脱胶三小时和0.5%Na2CO3溶液能够脱胶完全。将0.5%碳酸钠溶液、8M的尿素溶液在90℃的温度下脱胶3h的丝素纤维溶于9.3M溴化锂溶液。SDS-PAGE结果显示，0.5%碳酸钠溶液脱胶获得的丝素蛋白溶解后分子量在50kDa以下，而8M尿素溶液脱胶获得的丝素蛋白溶解后分子量在116kDa以下。因此8M尿素溶液脱胶对丝素纤维分子量影响较小。
　　第二部分，溶解对再生丝素蛋白分子量及其分布的影响。将蚕茧在90℃的8M尿素溶液中脱胶3h获得丝素纤维，选用9.3M溴化锂溶液和摩尔比为1:2:8的氯化钙-乙醇-水三元溶液作为溶剂溶解丝素纤维。SDS-PAGE结果显示9.3M溴化锂溶液溶解丝素纤维对丝素蛋白分子量的影响较三元溶液小。将上述脱胶条件下脱胶的蚕丝，分别溶于25℃、60℃和95℃的9.3M溴化锂溶液。SDS-PAGE和高效凝胶色谱结果显示，不同温度溶解丝素纤维能够获得分子量不同的再生丝素蛋白溶液，并且随着温度升高，分子量越小。说明该工艺通过控制溶解温度即可控制分子量及其分布。
　　第三部分，不同分子量再生丝素蛋白三维多孔支架的结构与性能。选取8M尿素溶液为脱胶剂，9.3M溴化锂溶液为溶剂，在25℃、60℃和95℃下溶解丝素纤维，从而获得不同分子量的丝素蛋白溶液。将不同分子量的丝素蛋白溶液通过冷冻干燥制备成多孔三维支架。通过SEM、压缩测试、FTIR、XRD、溶解性测定比较分析了不同分子量丝素蛋白三维多孔支架的力学性能、表面形态、二级结构、结晶度和溶解性。结果表明，大分子量的三维多孔支架的表观形态致密、压缩性能好、二级结构以Silk I为主、结晶度高。随着温度的升高，表观空隙变大、压缩性能变差、结晶度减小，但二级仍以silkⅠ为主。溶解性测试结果显示，分子量大的三维多孔支架溶解性差。
　　综上所述，本研究较系统地研究了脱胶和溶解对丝素蛋白分子量及其分布的影响，并初步探索了分子量及其分布对再生丝素蛋白三维多孔支架性能的影响。尽管本研究在制备大分子量及可控分子量再生丝素蛋白方面做了一些工作，但是所得结果还很初步。未来希望进一步通过正交试验更加优化工艺，且实现工艺的自动化和标准化。

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第一章 绪论

1.1 天然家蚕丝概述

1.2 天然家蚕丝的脱胶

1.3家蚕丝素蛋白

1.4 丝素纤维的应用

1.5 本研究拟解决的问题

1.6 本研究的目标与内容

第二章 脱胶对再生家蚕丝素蛋白分子量及分布影响

2.1 材料与方法

2.2 结果与讨论

2.3 结论

第三章 溶解对再生家蚕丝素蛋白分子量及分布影响

3.1材料与方法

3.2 结果与讨论

3.3结论

第四章 不同分子量丝素蛋白三维多孔支架的制备及其性能

4.1 方法与材料

4.2 结果与讨论

4.3 结论

第五章 全文总结与展望

5.1 总结

5.2展望

参考文献

附录

致谢