丝素蛋白是一种来源于蚕丝的天然蛋白质聚合物大分子,可以从蚕丝加工中产生的下脚料里提取。具有分子链柔顺、良好的细胞相容性、可降解性和透气透湿性等优点。将丝素溶解制备成膜、纤维、支架和凝胶等材料,能够广泛应用于固定化酶载体、仿生材料和功能性细胞培养基质等生物医学领域。丝素溶解是制备各种再生丝素材料的必备环节,现有的丝素溶解体系存在盐浓度过高、丝素过度降解、溶剂有毒和成本高等缺点,所以需要探索一种低盐无毒且能够避免丝素过度降解的经济实惠的溶解方法来溶解丝素。传统方法制备的丝素膜存在膜厚度较大、强度低、在水中易溶胀溶解及制膜过程中膜结构不易控制等问题,因此需要采用一种操作简单、膜结构稳定和性能良好的方法来制备丝素膜。基于此,本文采用低盐浓度的溶解体系溶解丝素,将溶解的丝素溶液通过界面自组装法制备出结构稳定,性能良好的丝素膜,具体研究内容和结论如下:(1)丝素纳米溶液制备研究。本文以低浓度的溴化锂-丙酮为溶解体系,对丝素蛋白的溶解行为进行了研究,在丙酮的沸点温度下,利用丙酮的挥发直接制备得到高浓度的再生丝素蛋白溶液,通过控制溶解条件确定了最佳溶解工艺:溴化锂丙酮溶液浓度6%,浴比为1:20,溶解温度为57℃,溶解时间12h,得到的丝素溶液浓度约为40%。采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热(DSC)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及流变等测试对丝素的溶解机理及丝素溶液的流变性质进行了表征分析,结果表明,在溶解过程中,丙酮的挥发使得溶剂中离子的溶剂化层遭到破坏,不完全溶剂化的离子与丝素分子侧链中丝氨酸和络氨酸的羟基相互作用使丝素开始溶解,通过测试观察发现,丝素蛋白分子在溶液中主要以无规构象存在,最终的溶解产物为丝素纳米纤维。对丝素蛋白水溶液的流变测试发现,三种浓度的丝素蛋白水溶液均表现出剪切变稀行为,30%的丝素蛋白水溶液中储能模量大于损耗模量,为粘弹性固体,25%和20%的丝素溶液中损耗模量大于储能模量,表现为粘弹性液体。(2)界面自组装法制备丝素膜。将制备的丝素溶液用水稀释到一定浓度,滴在空气-不同浓度的硫酸铵溶液界面上,通过自组装法制备得到丝素膜,再将丝素和明胶以不同比例共混,得到丝素明胶混合溶液,在空气-硫酸铵溶液界面上,制备丝素明胶共混膜,膜的形成经历了扩散、自组装和固化三个阶段,其成膜机理是利用丝素溶液和硫酸铵溶液二者的表面张力差作为驱动力使丝素蛋白分子在气液界面上迅速扩散,根据丝素蛋白的两亲性质,分子链段疏水的丙氨酸残基和亲水的丝氨酸残基在气液界面两端重新排列,形成一种可变的凝胶状结构,最后根据硫酸铵溶液对丝素蛋白分子的变性作用,导致这种凝胶状结构的构象发生转变(固化),形成结构稳定的膜材料。通过分析影响成膜的因素,确定最佳成膜条件:丝素溶液的最佳浓度为25%,硫酸铵的最佳浓度为30%,丝素明胶最佳共混比为10:0、9:1和8:2,因此制备了SF100、SF90和SF80三种丝素明胶共混膜,将多层共混膜复合,得到了2层和4层的丝素明胶复合膜。(3)丝素膜结构性能研究。对制备的丝素明胶共混膜进行SEM、FTIR、XRD、DSC、UV等测试,分析其表面形貌及内部组成,研究发现,丝素明胶共混膜的构象以β-折叠为主,具有薄、透明、多孔等优点,接触角和拉伸测试表明,共混膜的表面接触角低于60°,干态膜的断裂强度约为45-60MPa,湿态的则为7-14MPa,具有良好的亲水性和机械性能。对共混膜进行细胞培养和体外降解研究其生物学性质,研究表明,丝素明胶共混膜能够促进细胞生长和增殖,细胞存活率均超过100%,体外降解7天后,膜的质量损失超过20%,具有良好的生物相容性和生物可降解性。比较三种共混膜的各种性质发现,明胶含量会对其透光度和表面形貌、亲水性、机械性能和生物学性质等造成影响。SF100的表面是一种类蜂窝结构,基于此结构,SF100具有良好的亲水性和机械性能,而加入明胶以后,阻碍了丝素蛋白分子在气液界面的自组装,SF90和SF80的表面孔径和孔隙率都有所下降,因此亲水性和机械性能都有所下降,而透光度和生物学性质都有所提升。通过对单层膜和多层膜的性能进行比较发现,多层膜的表面接触角约为70°,亲水性有所下降,而湿态下的拉伸强度较单层膜提升了一倍以上。综上所述,本研究采用低浓度的溴化锂-丙酮溶解体系对丝素蛋白溶解,通过丙酮的挥发破坏盐离子溶剂层进而溶解丝素,由于盐的使用减少和溶解温度较低,在溶解过程中减少了丝素的降解,得到的丝素蛋白溶液浓度较高,有利于丝素蛋白在气液界面自组装成膜,丝素膜超薄、透明、多孔、亲水、力学性能优良以及生物学性质良好,在生物工程领域具有潜在的应用价值。