医用再生丝素蛋白材料制备与研究进展(4)
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【关键词】
【摘要】2.2.5 反复冻融法 冷冻干燥法机器设备昂贵,不是所有实验室都有条件进行。根据双扩散原理反复抽提冷冻丝素液固体可得多孔凝胶支架[45]。田莉[38]使用环
2.2.5 反复冻融法
冷冻干燥法机器设备昂贵,不是所有实验室都有条件进行。根据双扩散原理反复抽提冷冻丝素液固体可得多孔凝胶支架[45]。田莉[38]使用环氧化合物与丝素蛋白混合溶液,在两种温度下的相互作用,制备了不同的新丝素支架材料,一种是将混合溶液置于-20℃下反复冻融,另一种是将混合溶液置于60℃反应生成凝胶再反复冻融。2种材料的孔径都大于150 μm,孔隙率不小于90%,但是2种丝素支架材料的孔径结构不同,在-20℃冷冻时,丝素蛋白与环氧化合物没有产生交联,而在60℃条件下,环氧化合物与丝素蛋白产生交联。浸提液毒性实验和直接接触培养实验结果显示两种材料都没有明显的细胞毒性。相关实验表明反复冻融可增大支架材料的孔径[46-47]。反复冻融法较好地解决了冷冻干燥法成本高的问题,然而制备周期较长,难以通过材料的二级结构调控材料的降解性能。经反复冻融的支架表面凹凸不平,持水能力增强,不可避免地降低支架的力学性能。
2.2.6 静电纺丝法
静电纺丝是现今制备丝素蛋白纳米纤维最重要的方式之一。其原理是对高聚物溶液施加高压电场,当溶液表面的静电场力克服其表面张力时,在高压电场的作用下喷射形成稳定的射流,随着溶剂挥发溶体固化,带电的流体在电场力作用下被收集装置收集[48]。使用静电纺丝机可制备出表面形貌粗糙、高比表面积的纳米纤维多孔材料,为细胞生长增殖提供良好的三维空间,孔径间连通率高,透气、透水性好,赋予其优良的生物和材料属性[49-50]。王曙东等[51]用静电纺丝法制得了丝素-明胶管状支架。结果表明在丝素∶明胶质量比为70∶30、纺丝液质量分数13%、转速1 000 r/min的条件下进行静电纺丝,可获得直径细而分布均匀、孔隙率大的丝素-明胶管状支架;随着纺丝液质量分数的提高,支架的溶失率降低,乙醇处理后溶失率大大降低;MTT实验显示人脐静脉内皮细胞可以在支架上很好地增殖。尽管静电纺丝具有诸多优点,但纳米纤维的产量一直是制约其应用的瓶颈问题。
2.2.7 传统纺织品织造方法
最简易获得丝素蛋白支架的方法是将蚕丝脱胶后得到的丝素进行缠绕或编织成网状,在此基础上用其他大分子(如纤连蛋白、聚乳酸等)进行处理,制得复合材料支架,改善了丝素材料的性能[52]。吴海涛等[53]将脱胶后的丝素纤维随机缠绕为网状,再用聚乳酸包埋处理,制成网孔为75~200 μm,厚为200~300 μm的复合三维支架。兔软骨细胞在其上培养2周后充满了三维支架孔眼。这种丝素多孔支架对成纤维细胞具有优良的黏附性,但孔隙率与孔径不易调控,力学性能也需要改良。
湿法纺丝和非织造针刺法也被用于丝素蛋白支架的研究上[22,46,54]。湿纺纤维的直径一般为微米级,这种再生纤维支架能够根据应用情况调整纤维的形态和性能,可以在制备丝溶液时加入生物分子。白莲村等[55]将不同质量配比的丝素纤维和胶原纤维混合,经针刺加固成非织造支架材料。结果显示,丝素纤维与胶原的质量比为1∶3时,支架的面密度、厚度误差均低于10%,断裂强度达到529.8 N,断裂伸长率达到33.2%,接触角为47.8°,孔径主要集中分布在20~100 μm之间,孔隙率为90%,初步满足对半月板支架材料的要求。丝素蛋白难以梳理成网,往往要与其他材料共混处理,制得的丝素材料一般在微米级,难以模拟组织内部精细结构,降解速率也较其他方法低。
2.3 薄膜
丝素蛋白成膜性好,成膜尺寸形状便于调控。丝蛋白膜应用广泛,极易黏附在创面上,吸水性能优异,通过调控丝素膜微孔尺寸,不仅可使薄膜具备透气性,同时还可阻止细菌侵入。根据丝蛋白膜良好的生物相容性和机械性能,可将其用于创伤皮肤修复,既可以避免细胞脱水,又可保持适当的湿度,高透明度膜还方便观察创面愈合情况[49]。此外,还可通过加入抗菌药品使其起到杀菌、减少感染的作用[38]。
2.3.1 浇铸法
浇铸法又叫流延法[56-57]。常用的浇铸法制备过程是把丝素蛋白溶液均匀浇铸在基板上,溶剂蒸发制得光滑的丝素膜[54]。这种方法得到的薄膜不刺激,生物相容性优良,且能很好地黏附成纤维细胞和皮肤表皮细胞。机械性能一般较弱,通常结构不均匀或富含α-螺旋结构,经过化学改性或其他后处理(如甲醇处理、高温退火等)诱导β-折叠结构形成,可使其不溶化,提高力学性能。使用的基板可以是光滑的或表面具有微图案,调控丝蛋白膜表面形貌与粗糙度,引导细胞的黏附、迁移、增殖分化等行为[35,58]。Lawrence等[59]使用硅橡胶制备了表面平滑和微图案化的两种基板,丝蛋白膜干燥后进行后处理。结果显示甲醇溶液处理和高温退火均可诱导β-折叠结构的形成,膜的结晶度也可通过浇铸后处理来控制,但使用甲醇时难以控制膜的结晶度,而高温退火可以较好地控制结晶度。该实验结果还表明模具表面图案对丝素膜的二级结构有显著影响,影响机制还有待进一步探究。
文章来源:《生物数学学报》 网址: http://www.swsxxb.cn/qikandaodu/2021/0331/442.html