【摘 要】
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生物材料在纳米尺度的结构和形貌对材料本身的机械性能、生物相容性、降解性能等具有重要影响。可降解的生物材料一直是国内外研究的热点,其中丝素蛋白由于具有可控的降解速率、降解产物无毒性、较好的机械性能被制备成多种生物材料形式,应用在生物医学领域中。纳米孔结构因其具有较高的比表面积、表面能高、提高材料的通透性和细胞粘附性,在药物递送、组织工程等方面具有广泛的研究,尤其是具有显著的尺寸效应和表面效应的直径小
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生物材料在纳米尺度的结构和形貌对材料本身的机械性能、生物相容性、降解性能等具有重要影响。可降解的生物材料一直是国内外研究的热点,其中丝素蛋白由于具有可控的降解速率、降解产物无毒性、较好的机械性能被制备成多种生物材料形式,应用在生物医学领域中。纳米孔结构因其具有较高的比表面积、表面能高、提高材料的通透性和细胞粘附性,在药物递送、组织工程等方面具有广泛的研究,尤其是具有显著的尺寸效应和表面效应的直径小于100 nm的纳米孔。虽然已经有制备丝素蛋白纳米孔结构的方法,但大都需要使用化学试剂作为致孔剂,且具有制备的孔径分布范围较大和化学试剂残留的问题。因此,开发绿色安全和高效的制备纳米孔结构的方法具有重要研究价值。本文通过温度与压力协同作用,控制丝素蛋白溶液的pH、浓度、分子量等条件,制备出含有纳米颗粒的丝素蛋白溶液;其中纳米颗粒直径分布范围在50-300nm,且具有无规卷曲结构。该方法所制备的含有纳米颗粒的丝素蛋白溶液中不含有机溶剂,也无需额外的纯化处理可直接用于制备多种丝素蛋白材料。将含有纳米颗粒的丝素蛋白溶液在室温下干燥成膜,通过控制其水不溶处理方式、结晶速率、处理时间等条件,在薄膜上成功制备出具有50-300nm的纳米孔结构。随后对其力学性能、体外降解、通透性以及生物相容性等进行测试,发现纳米孔结构可以显著提高丝素薄膜的通透性,同时,其力学性能并没有显著下降。细胞实验表明,纳米孔薄膜对细胞的生长、增殖具有更好的支持作用。将含纳米颗粒的丝素蛋白溶液经冷冻干燥后用聚乙二醇(PEG 400)诱导海绵产生β-折叠结构,成功制备出水不溶的三维多孔支架,并通过控制其二级结构转变,在孔壁上制备出直径在50-300 nm的纳米孔结构。随后,对其力学性能、通透性、吸水能力、生物相容性等进行测试,结果表明,纳米孔结构海绵具有较好的通透性、柔韧性、高吸水能力(约为海绵干重的40倍)和出色的形状回复性。通过1 1天的人成纤维细胞培养发现,ASF-PEG-S对细胞的贴附、分布和生长一致性有显著的提升作用,这表明其在未来的组织工程和组织修复中有潜在的应用前景。最后,通过将纳米孔薄膜和海绵植入SD大鼠全层皮肤缺损部位进行创面修复,验证了纳米孔结构薄膜和海绵可以促进血管生成,提升了创面愈合的效果,为其在组织工程和组织修复领域提供了新的应用方向。综上所述,本文通过温度与压力协同的方法制备出具有不同尺寸纳米颗粒的的丝素蛋白溶液。在此基础上通过控制材料成型方式和丝蛋白二级结构转变,实现含纳米颗粒的丝素蛋白溶液的高效利用,制备出具有纳米孔结构的丝素蛋白生物材料。并根据不同组织需求,构建具有不同力学性能、微观结构和形式的生物可降解材料,为实现丝素蛋白在不同组织工程中的应用奠定了理论和材料基础。
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