剪切诱导丝素蛋白溶液制备取向水凝胶的研究

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丝素蛋白水凝胶作为一种新型天然生物材料,因其具备优良的生物相容性、良好的生物可降解性,主要应用的领域包括生物医用、组织工程等。在本文中,以再生丝素蛋白为基础材料,加入生物表面活性—枯草菌脂肽钠为促进剂,在一定温度、剪切外力的条件下,制备获得具有一定取向性的丝素蛋白水凝胶。通过控制改变剪切转速、丝素蛋白浓度和枯草菌脂肽钠浓度,制备不同共混取向水凝胶,探究其在凝胶化过程中的构象转变及取向凝胶机理,观察其凝胶形貌特征,测试其力学性能和细胞相容性。  剪切速率能够促进丝素蛋白溶液凝胶化的进程。施加剪切外力后,使得丝素蛋白溶液的凝胶时间大幅度地缩短,可在60 min内制备得到丝素蛋白/枯草菌脂肽钠取向水凝胶。在剪切初期,丝素蛋白溶液呈现大量的无规卷曲或α-螺旋构象;剪切至60 min时,丝素蛋白分子呈现典型的β-折叠构象。剪切诱导制备的丝素蛋白/枯草菌脂肽钠水凝胶,在平行于剪切应力方向上,呈现明显的取向排列的纤维形貌结构,且剪切程度愈大取向程度愈加显著。在同一剪切转速下,取向水凝胶的压缩力学性能高于非取向水凝胶,平行于剪切应力方向上压缩力学性能高于其他方向;随剪切速率的增加,其取向水凝胶的压缩性能随之提高。丝素蛋白/枯草菌脂肽钠取向水凝胶具有优异的力学性能、生物可降解性和生物相容性,以及具有高度取向性,对培养神经、骨骼、韧带等细胞实现组织修复具有潜在应用价值。  丝素蛋白浓度对丝素蛋白/枯草菌脂肽钠共混水凝胶的力学有较大的影响。在同一丝素蛋白浓度下,相对未剪切水凝胶,剪切诱导形成的丝素蛋白/枯草菌脂肽钠水凝胶的压缩强度显著提高,且取向方向高于其他方向,且随浓度的增加,水凝胶压缩强度均随之增大;在浓度较低时,其回弹性能较差,随浓度的进一步增加,回弹性能无显著性差异,取向垂直方向的切割强度均属最高,且平行于取向方向和未剪切水凝胶的切割强度无显著性差异。  枯草菌脂肽钠浓度对丝素蛋白/枯草菌脂肽钠共混水凝胶力学的有着积极的影响。在枯草菌脂肽钠浓度相同条件下,对溶液施加剪切作用后,明显地提高取向方向上的压缩强度和垂直于取向方向上的切割性能;随其浓度的增加,剪切诱导水凝胶压缩性能和切割性能均随之提高,且取向方向的压缩强度高于其他方向,垂直于取向方向的切割性能高于平行于取向方向。非剪切、剪切水凝胶,在压缩回弹性能上均表现良好,且随浓度变化而没有显著性差异。
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