纺丝方式对丝素蛋白构象转变及性能影响的研究

摘要

近年来，再生丝素纳米纤维膜由于其较高比表面积及良好的生物相容性，被广泛地应用于生物医药领域。静电纺丝技术是制备再生丝素纳米纤维最普遍的一种方法，静电纺丝制备的再生丝素纳米纤维直径通常可以达到100nm以下，但静电纺丝产率低以及制备的再生丝素纳米纤维力学性能较差等缺点，大大限制了其产业化。因此亟需一种新的制备再生丝素纳米纤维的方法。
　　离心纺丝是最近几年发展起来的一种制备纳米纤维的新技术，离心纺丝可以很好地克服静电纺丝产率低等缺点。本文利用自制的离心纺丝设备成功地制备出了再生丝素纳米纤维膜，并具体研究了纺丝液浓度、喷丝器转速、针头直径和纺丝距离对制备的再生丝素纳米纤维的形貌和直径的影响，得到了使用本实验室自制的离心纺丝装置制备再生丝素纳米纤维的最佳纺丝参数为纺丝溶液浓度为20％，喷丝器转速为8000rpm，针头直径为30G和纺丝距离为12cm。
　　再生丝素纳米纤维的力学性能除了与丝素的一级结构有关外，很大程度上还和丝素蛋白的二级结构有关。为了探究静电纺丝和离心纺丝这两种不同的纺丝方式对再生丝素纳米纤维的力学性能的影响，本文利用扫描电子显微镜、红外光谱、X射线衍射、远红外光谱、差示扫描量热分析、热重分析和偏光显微镜等表征方法分析了最佳离心纺丝参数下制备的再生丝素纳米纤维和最佳静电纺丝参数下制备的再生丝素纳米纤维的表面形貌、结构、热性能和取向度的区别。详细研究了两种不同的纺丝方式对纤维表面形貌、结构、热性能和取向度的影响。
　　由于静电纺丝的过程中存在着高压电场，因此在射流拉伸的过程中会发生弯曲不稳定现象，大大抑制了大分子链沿轴向的取向排列，而离心纺丝过程中不存在高压电场，因此不存在弯曲不稳定现象。所以离心纺丝制备的再生丝素纳米纤维相比于静电纺丝制备的纤维有着更多的β折叠结构，更高的结晶度，更好的热稳定性以及更高的取向度，也就意味着力学性能也更好。
　　为了定量地分析两种纺丝方法得到的再生丝素纳米纤维的二级结构的差别，本文通过二次导数法确定了丝素红外谱图中酰胺I谱带处的七个子峰，并进行拟合，计算出丝素纤维中无规线团、α螺旋、β折叠、β转角的含量，并分析其误差。结果显示离心纺丝制备的丝素纤维中β折叠的含量要比静电纺丝制备的丝素纤维要高10％左右，并且通过二次导数谱得到的拟合结果约有10％的相对误差。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2丝素蛋白的研究背景

1.3 再生丝素蛋白纤维的人工纺丝

1.4再生丝素蛋白二级结构分析的研究现状

1.5本课题的研究目的和内容

第二章 离心纺制备再生丝素纳米纤维与纺丝参数优化

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验过程

2.4 结果与讨论

2.5本章小结

第三章 静电纺丝和离心纺丝制备再生丝素纳米纤维的性能对比

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 再生丝素纳米纤维性能的表征

3.4 结果与讨论

3.6 本章小结

第四章 再生丝素蛋白二级结构的定量分析及其误差

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 全文的总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文情况

致谢