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丝素纳米纤维的制备

实验指南    2022-10-14 11:21

一、背景

    丝素蛋白是一种源于蚕丝的天然高分子,由甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸等20种氨基酸组成,其分子量约为2300kDa。丝素蛋白在结构上由一些小的疏水性氨基酸(甘氨酸、丙氨酸)构成一些重复序列片段和一些亲水性大侧链的氨基酸构成的一些片段组成。近年来以蚕丝丝素为原料的生物材料大量涌现,如丝素膜、多孔材料、无纺网、水凝胶等;同时,丝素蛋白具有一定的可生物降解性,其降解产物本身对组织无毒副作用。丝素蛋白是一种常用于血管修复与重建的天然材料。

 

 

丝素蛋白高度重复的氨基酸序列结构

利用静电纺丝纺制非织造的丝素样品,具有比表面积大、空隙率高、生物相容性好等优点,因此被广泛的应用在生物医用领域、组织工程和血管修复支架等领域。北京永康乐业科技发展有限公司专注于纳米纤维的制备与应用研究,其合作者产生一系列重要成果。静电纺丝素管状支架具有优良的生物相容性、可被生物降解。Zhang制备了静电纺丝素管状支架,研究了动态培养和静态培养对细胞在丝素管状支架上生长的影响[1]。Liu等用经硫酸化的丝素静电纺丝制备丝素纳米纤维支架材料,并评估了该支架材料的抗凝血性能,结果表明该支架的抗凝血性明显增强;同时在支架上种植血管内皮细胞和平滑肌细胞,材料对两种细胞均都表现出良好的细胞相容性[2]。Cail用静电纺丝法制备了丝素和壳聚糖共混支架,研究表明,二者的共混促进了细胞黏附与增殖[3]。王曙东等探究聚乳酸/丝素-明胶共混静电纺管状支架,结果表明这种复合管状支架具有较高的断裂强度和良好的柔软性,且能有效支持细胞的生长和分化[4]。

 

二、纳米纤维的制备

2.1 仪器和试剂

    仪器:SS-2535 型静电纺丝装置 (北京永康乐业科技发展有限公司);磁力搅拌器 ;电 子天平;扫描电镜。

    试剂:丝素 ( SP110 ,北京永康乐业科技发展有限公司);甲酸(市售,分析纯);

2.2 丝素纳米纤维膜的制备

使用SS-2535型静电纺丝装置制备纳米纤维膜。先将再生丝素膜溶解在甲酸溶液中,配制成10%的纺丝液。将溶解好的纺丝液装入具有不锈钢针头的注射器中,调节溶液推进速度,用导线将喷针与正高压电源相连,接收滚筒与负高压相连。调节正、负高压,喷射距离8-12cm,进行静电纺丝,制备静电纺再生丝素纳米纤维。

 

三、结构表征

    扫描电子显微镜广泛应用于对静电纺纤维表面形貌的观察。在实际的应用中能够有效地反映具有不同表面形貌的静电纺纤维,包括光滑表面、珠串结构、带状结构和粗糙表面等。

    扫描电子显微镜的试样制备可分为两种:对于导电性良好的试样,可以直接用于电镜观察且能够保持其原始形貌;对于不导电或导电性差的试样,则需要对试样表面进行喷金或喷碳处理后才能够用于电镜观察。在具体实验中,当要对试样进行高放大倍数和高分辨率观察时,需要喷金或碳厚度在10nm,而一般情况下厚度在10~30nm范围为宜。

    扫描电镜观察丝素纳米纤维形貌 (见Fig1),纤维孔隙多且上下贯穿。

Fig. 1 再生丝素膜电纺丝电镜照片

参考文献

[1]Zhang X H,Wang X L,Keshav V Wang X Q,Johanas T J,Leisk G G,Kaplan D L.

Biomaterials,2009,30(19):3213-3223.

[2Liu H F,Li X M,Zhou G,Fan H B,Fan Y B.Biomaterials,2011,32:3784-3793.

[3]Cai Z X,Mo XM,Zhang KH,Fan L P,Yin Y L,He C L,Wang H S.Int.J.Mol.Sci.2010,11:3529-3539.

[4]王曙东,张幼珠,王红卫,尹桂波,董智慧,符伟国,施德兵.纺织学报,2009,30(6):6-14.