胶原/丝素蛋白共混体系的体外共组装行为及性能研究

来源 :武汉轻工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wenjun_wu
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胶原蛋白作为一种天然生物大分子在动物体内广泛分布,不仅是是细胞外基质的关键性组分,而且参与器官组织的构建、机体功能发挥和细胞行为的调控。由于胶原蛋白具有良好的生物相容性、无毒性、可降解性等独特性能,其在医用材料中得以广泛应用。从家蚕中提取的丝素蛋白是也是一种来源广泛的天然大分子,同样具有优异的生物相容性、机械性能、可控降解性,也逐渐成一种主流的生物材料。胶原蛋白的细胞互作用、行为调控能力强,但热稳定性较差、生物力学性能和耐降解性能较弱,而丝素蛋白热稳定性高,耐降解而且具有良好的柔韧性和机械力学性能,两种生物质基材在性能方面具有良好的互补性。本研究从胶原蛋白、丝素蛋白两种生物大分子互作用分子行为的解析入手,开展两种大分子互作用的行为、影响因素及其共混凝胶产物的结构性能研究,为复合生物材料的制备提供新的思路。以家蚕蚕茧为原料,采用Na2CO3脱胶法,经过脱胶、溶丝、透析等过程提取、纯化得到丝素蛋白水溶液,并通过紫外光谱、红外光谱、氨基酸组成分析、SDS-PAGE、CD等手段鉴定其分子结构。分析结果表明,实验室制备得到的丝素蛋白具有天然丝素蛋白一致的氨基酸组成、光谱学特征和独特的电泳条带,是一种含多种分子量结构的蛋白质复合物;以丝素蛋白和胶原蛋白为研究对象,针对两种大分子均具备的分子自聚集行为(组装),采用浊度测试方法,开展其共组装分子动力学行为研究。实验结果表明:在天然胶原的最佳组装条件下(37℃2 h),丝素蛋白的共存可以加速胶原蛋白的组装速度,但其自身未参与共组装;同样条件下,当延长组装时间至2 d,可以观察到丝素蛋白与胶原蛋白的共组装现象;采用扫描电镜和透射电镜观察二者共组装产物的微观结构,发现样品表现为较粗的胶原蛋白纤维和细且杂乱的丝素蛋白纤维同时存在的情况,证实丝素蛋白与胶原蛋白的协同共组装行为;通过荧光标记丝素蛋白的实验,可以发现丝素蛋白与胶原蛋白共组装的产物中仍然有丝素蛋白的存在,进而从分子层面验证了丝素蛋白与胶原蛋白的共组装分子行为。以丝素蛋白和胶原蛋白共组装凝胶产物为研究对象,以丝素蛋白和胶原蛋白为对照,对其共组装产物进行了系统的性能分析。凝胶产物的流变性能分析表明,共组装凝胶的粘弹性比胶原蛋白和丝素蛋白对照均有显著增强,且随着丝素蛋白比例的增加,粘弹性也随之增强;热稳定性分析结果表明,胶原蛋白与丝素蛋白共组装水凝胶只出现一个吸收峰,并且在两者对照凝胶机械混合的两个吸收峰之间,该结果提示,胶原蛋白和丝素蛋白共组装后形成了一种新的凝胶产物,提高了材料的热稳定性;耐酶降解性分析结果显示,共组装冻干海绵的耐酶降解性有明显提高,耐水稳定性提高,力学性能和机械性能也均同步提高。本研究系统研究了丝素蛋白和胶原蛋白的互作用分子行为,探索了两种生物大分子在分子微观层面的材料共筑条件,并对共组装产物的相关性能进行了系统分析,证实共筑复合凝胶在稳定性、力学性能等方面均有明显提升。该研究对于胶原、丝素蛋白复合材料的设计和新产品制备具有良好的借鉴作用。
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