絲素蛋白-β-硅酸鈣復合多孔支架的結構及其性能研究.pdf

1、絲素蛋白是從蠶絲中提取的天然高分子纖維蛋白，富含18種氨基酸，是一種天然高分子材料，無毒性、無污染、無刺激作用、可生物降解，與人體具有良好的生物相容性。絲素蛋白作為一種生物醫(yī)用紡織材料，在生物醫(yī)學領域的應用日趨廣泛和深入，近年來已成為組織工程支架材料研究的對象之一。本課題以醫(yī)學應用為背景，選擇對軟骨組織工程種子細胞具有優(yōu)良生物相容性的絲素蛋白作為有機相，嘗試采用具有良好骨誘導性的β-硅酸鈣作為無機相進行復合，制備絲素蛋白/β-硅酸鈣復合

2、多孔支架，并對其結構與性能進行了研究，為拓展絲素蛋白多孔材料在人體骨修復等組織工程中的應用做了一些基礎性研究和探討。
　　 本課題的主要工作內容及結論如下：
　　 1．通過控制條件采用共混-冷凍干燥法制備了高分子與無機材料復合的絲素蛋白/β-硅酸鈣復合多孔支架。
　　 2．采用SEM、FTIR、XRD等分析手段表征絲素蛋白/β-硅酸鈣復合多孔支架的表面形貌、多孔結構以及孔內壁的顯微結構，探討無機β-硅酸鈣對絲素蛋

3、白構象的影響。結果如下：
　　 (1)SEM表明采用冷凍干燥法制備的絲素蛋白/β-硅酸鈣復合多孔支架材料，孔隙分布均勻，孔連通性較好，孔隙率為83～87％，孔徑尺寸約為100～300μm，復合支架的結構保持完好，β-硅酸鈣較好的分散在絲素中，形成無機粒子嵌入式有機/無機網(wǎng)絡結構，在孔壁上呈均勻分散狀態(tài)。
　　 (2)由XRD、FTIR測試表明：無機β-硅酸鈣的引入，有利于誘導絲素蛋白構象從SilkⅠ（無規(guī)線團為主）向Si

4、lkⅡ（β-折疊）轉變。由于絲素蛋白分子中-COOH或-OH基團與β-硅酸鈣在水溶液中形成的硅羥基形成強弱不等的分子間氫鍵，同時與β-硅酸鈣在絲素溶液中釋放出的微量Ca2+形成絡合結構，這些因素的共同影響，導致絲素分子重排，使絲素分子從無序狀態(tài)轉變?yōu)橛行蚺帕校龠M了絲素蛋白的二級結構部分由無規(guī)向β折疊結構轉變。
　　 3．測試了絲素蛋白/β-硅酸鈣復合多孔支架材料的機械性能、熱學性能、吸水率和親水性能等，探討了β-硅酸鈣的加入，

5、對復合支架性能的影響。結果如下：
　　 (1)機械性能測試表明：純絲素支架材料機械性能較差，相比純絲素支架，復合支架的抗壓模量和抗壓強度均有了明顯提高，并且隨β-硅酸鈣復合質量比的增加而增大，顯示了較好的機械性能。
　　 (2)TGA和DTG熱分析表明：不同比例復合支架的起始分解溫度都比純絲素支架有所提高，這主要是因為β-硅酸鈣的加入在很大程度上影響了復合支架中絲素蛋白構象轉變和結晶行為，從而使得絲素蛋白/β-硅酸鈣復合

6、支架的熱穩(wěn)定性增加。
　　 (3)吸水率和親水性能的測試表明：絲素蛋白/β-硅酸鈣復合多孔支架的吸水率和親水性均比純絲素多孔支架好，復合多孔支架能較多地存儲水分，持水性能得到了提高。由于具有良好親水性能的β-硅酸鈣在水溶液中形成的親水基團與水分子有著較好的結合，一定程度上改善了復合多孔支架的吸水率和親水性。
　　 4．對絲素蛋白/β-硅酸鈣復合多孔支架材料進行人體模擬體液(SBF)浸泡實驗、Tris-HCl緩沖液體外降解

7、和體外細胞培養(yǎng)試驗，研究了其體外生物活性、降解性能和生物相容性。結果如下：
　　 (1)SBF體外生物活性實驗表明：采用XRD、FESEM和EDS等手段表征后發(fā)現(xiàn)，絲素蛋白/β-硅酸鈣復合多孔支架在SBF中浸泡1天后，就能快速誘導碳酸羥基磷灰石(CHA)在其支架表面沉積，浸泡3天后已有大量CHA顆粒層在支架表面沉積，這種磷灰石在形態(tài)上具有與天然骨中羥基磷灰石相似的結構。結果顯示該復合支架具有良好的體外生物活性，改善了純絲素支架生

8、物活性較弱的缺點。
　　 (2)Tris-HCl緩沖液降解實驗表明：絲素蛋白/β-硅酸鈣復合支架材料在Tris-HCl緩沖液中浸泡10周后的降解率達41.64％，pH值保持為7.35，避免了純絲素的酸性降解產物所導致的溶液pH值急劇降低的現(xiàn)象，表明了該復合支架具有良好的可降解性。
　　 (3)生物相容性實驗表明：成骨細胞在各種配比的絲素蛋白/β-硅酸鈣復合多孔支架上表現(xiàn)出了比純絲素支架更好的粘附、增殖效果和堿性磷酸酶活性

9、，這可能是由于復合多孔支架中的β-硅酸鈣在一定范圍內對細胞的增殖分化產生促進作用。通過試驗顯示了絲素蛋白/β-硅酸鈣復合多孔支架具有良好的生物相容性。
　　 以上結果顯示，本文采用共混－冷凍干燥的方法制備的絲素蛋白/β-硅酸鈣復合多孔支架，具有較好的形態(tài)結構和機械性能、顯示了良好的親水性、降解性、生物活性和生物相容性。該復合多孔支架不僅可以調節(jié)力學性能使之與骨組織相匹配，而且還可以增強絲素蛋白與骨組織鍵合的能力，這為拓寬絲素蛋白