絲素蛋白的應用研究

杜睿 歐錦漣

摘要：為更好的拓展絲素蛋白應用，彌補因脫膠造成絲素蛋白某些性能上的缺陷，綜述了近年來對絲素蛋白改性的方法。介紹絲素蛋白基本性質(zhì)，包括絲素蛋白基本結(jié)構(gòu)以及性能特點;總結(jié)絲素蛋白在智能可穿戴、生物醫(yī)學領域的應用進展。隨著人們對綠色環(huán)保理念的增強，無毒無污染的基因改性和添食育蠶法將成為改性絲素蛋白性能的研究重點。

關鍵詞：絲素蛋白;結(jié)構(gòu)與性能;應用

1絲素蛋白的基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.1絲素蛋白的基本結(jié)構(gòu)

蠶絲是在蠶繭形成期自然形成的，形狀呈扁平橢圓型，直徑約為30μm。其由兩根呈三角形或半橢圓形的絲素蛋白纖維和一層膠狀的絲膠蛋白外衣組成，其中，SF是蠶絲的主要組成部分，在家蠶絲中約占70%，包裹在SF外圍的絲膠，在家蠶絲中約占25%，剩余5%為雜質(zhì)[1]。

1.2絲素蛋白的理化性能

隨著各種環(huán)境污染以及醫(yī)療衛(wèi)生資源不足等問題的加劇，開發(fā)一種來源廣、安全性高、可再生的新型材料成為材料研究新趨勢，而天然的SF材料由于其獨特的生物可降解性、生物相容性等特點成為近年來關注的熱點[2]。

（1）SF具有良好的生物相容性。細胞與生物材料表面的粘附是細胞識別的一種標志，通常為細胞遷移、增殖、分化和存活等后續(xù)過程奠定基礎，作為一種促進細胞生長的生物材料，絲素被發(fā)現(xiàn)能顯著促進細胞粘附，并對周圍細胞的損害很小，其良好的生物相容性已被證實。Bussabong C等人研究了SF刺激健康和特應性受試者的外周血單個核細胞，從而產(chǎn)生白細胞介素10（IL-10）的能力。結(jié)果表明，SF對外周血單個核細胞無毒，也不誘導炎癥因子（Th1/Th17相關因子和Th2相關因子）的釋放，具有良好的生物相容性[3，4]。

（2）SF材料具有高度可操控性。再生蠶絲蛋白溶液能夠轉(zhuǎn)化為多種不同的藥物遞送形式和治療方法，如可植入式晶片、凝膠、泡沫、薄膜等，多樣化的SF制備方式擴大了其應用[3，5]。且具有一定的成骨能力，在骨修復和再生方面具有廣闊的應用前景[6]。

（3）SF材料具有優(yōu)異的生物可降解性。蠶絲在體內(nèi)的降解是一個漸進的過程，一般通常需要一到兩年才能完全降解。目前，蠶絲的降解有兩種常見的解釋，即酶降解和吞噬降解[3]。Cao Y等人指出，降解主要是由蛋白水解酶促進的，在此過程中發(fā)生酶結(jié)合和酶消化[7]。

（4）SF具有良好的乳化活性。SF同時具有親水區(qū)和分子折疊成二級或更高級結(jié)構(gòu)時所形成的疏水區(qū)，因而具有兩親性和表面活性，在水介質(zhì)和油相的界面富集并最終形成穩(wěn)定的黏彈性膜，可防止液滴聚結(jié)，有利于形成穩(wěn)定的乳液，作為一種新型乳液穩(wěn)定劑，SF廣泛應用于載藥系統(tǒng)和化妝品領域[8]。

2絲素蛋白的應用

SF材料是一種性能優(yōu)異的天然有機高分子材料，在許多方面都有著廣泛的應用，而隨著科學技術的進步與發(fā)展，SF材料應用領域正逐步向智能可穿戴、生物醫(yī)藥等領域擴展[9-11]。

2.1智能可穿戴領域

SF材料作為一種可再生的生物資源，具有柔性、優(yōu)異的機械穩(wěn)定性等特點，因而成為近幾年智能可穿戴領域包括機械（應變、壓力）、電生理、溫度和濕度傳感器等研究的重要方向[12-14]。

2.2生物醫(yī)學領域

由于SF材料優(yōu)異的理化性能和特有的生物相容性和生物降解性，SF材料廣泛應用于生物材料和再生醫(yī)學等領域，尤其是在組織支架、藥物輸送、凝膠等領域應用廣泛[3，10，11，14]。

2.2.1水凝膠

SF是一種獨特的天然聚合物，因其特殊的大分子結(jié)構(gòu)，能通過加工制備成SF水凝膠，其具有高含水量和高度交聯(lián)的空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，且具有獨特的理化性質(zhì)以及對細胞和小分子優(yōu)異的透過性和擴散性。目前，SF水凝膠已在生物醫(yī)用領域得到了廣泛的應用[14，15]。

2.2.2藥物輸送

在藥物釋放體系中，除了藥物本身外，藥物載體材料也扮演著非常重要的角色，常用的載體材料可分為可生物降解材料和非生物降解材料。可生物降解材料相對于非生物降解材料可以免除治療后進行外科手術移除載體的過程，因而可生物降解材料應用更加廣泛。可生物降解材料主要分為人工合成材料和天然材料兩類，而人工合成材料成本較高，且可能遺留一定的毒性，因此相比而言，以SF為代表的天然材料具有生物相容性好、價格低廉的特點，受到了廣泛的關注[16]。

2.2.3組織支架

組織工程是通過工程技術與生命科學的原理、方法制備組織替代物，改善和修復組織缺損或恢復功能的新學科。目前，由于SF具有較好的促進組織再生、生物相容性、生物降解性、機械強度與變形能力、無毒、無或低免疫原性、適宜的孔徑以及來源廣、易獲取、成本低等特點，因而其在骨組織工程、軟骨組織工程、韌帶組織工程等領域應用廣泛[17]。

3結(jié)語：在如今資源逐漸匱乏的今天，利用和開發(fā)可再生綠色材料將成為今后持續(xù)關注的熱點話題。SF作為一種可再生的優(yōu)異生物質(zhì)材料，其良好生物相容性、可降解性、新穎的介電特性等性能特點必將持續(xù)受到更多研究者的關注，推動我國蠶絲產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。隨著人類醫(yī)療資源緊張程度不斷加劇，SF材料與電子、生物信息等學科的融合發(fā)展必將使其在醫(yī)用敷料、醫(yī)用支架、智能傳感器等領域持續(xù)大放異彩，不斷擴大應用領域。

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作者簡介：

杜睿，1999.7.30，男，漢，陜西省延安市寶塔區(qū)，本科，材料研究，廣西科技大學。