基于天然蚕丝和蛛丝蛋白的生物材料

蚕丝

核层的主要成分为丝心蛋白，其由3种蛋白 质组成：350kd的H-链蛋白、25kd的L链蛋白 及30kd的P25蛋白，摩尔比为6：6：1，结 构为各向异性的以β-折叠为主的纳米晶体， 并沿纤维轴向排列； 丝心蛋白的外层由一系列丝胶蛋白组成，以 保证丝纤维之间能粘结成蚕丝；蚕丝的壳层 主要由其它蛋白质组成，以保护蚕茧。 丝心蛋白的构成既含有以β-折叠为主的结晶 区，又具有亲水性蛋白构成的无定形区，这 种交替排列的结构使得蚕丝既具有较高的拉 伸强度，又具有优良的弹性，因此广泛应用 于生物材料领域。
基于天然蚕丝和蛛丝 蛋白的生物材料
丝蛋白


丝蛋白：是由自然界中的节肢动物，如蚕、蜘蛛、蝎子等分泌的一种蛋 白质聚合物。 天然丝纤维：具有较高的弹性、拉伸强度等力学性能及生物适应性能， 目前已被广泛应用于药物可控释放、生物材料及组织工程框架材料。

之所以基于丝蛋白的天然纤维材料具有优良的力学及生物适应性能，是 由其分子结构及成纤过程决定的。
目前研究较多的几百度文库不同形貌的基于丝蛋白的人工合成材料包括：

纤维 薄膜 水凝胶及多孔海绵 微球及微胶囊
基于丝蛋白的人工合成生物材料—纤维
从仿生学的角度来看，将天
然丝蛋白加工制作成纤维材 料可模仿蚕丝及蜘蛛丝的成 纤过程，即蛋白质溶液经过 喷丝口再牵引拉伸成型的过 程。 目前，主要通过湿法纺丝、 手工牵引、静电纺丝或借助 未留控制器的方法等。
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基于丝蛋白的人工合成生物材料—薄膜
将合成的蜘蛛拖丝蛋白ADF-3
及ADF-4溶于六氟异丙醇 （HFIP）溶液中，则可得到厚 度为0.5~1.5μm的透明薄膜材料， 通过添加磷酸钾及甲醇等，还 可将蜘蛛丝蛋白的二级结构由 α-螺旋形转变为β-折叠，从而制 得疏水薄膜。 另外通过基因克隆技术，还可 对薄膜表面进行功能化处理， 从而使得到的材料广泛用作创 伤敷料及固定化酶框架材料。
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丝蛋白与其它材料合成的生物材料
天然丝蛋白可通过人工合成的方法得到具有不同形貌的生物材料。 此外，通过与其它材料合成的方法，还可以得到功能多样化的生物材料。 近年来研究较多的着重于丝蛋白与有机聚合物及无机纳米颗粒合成的生 物材料的研究。
丝蛋白与有机聚合物合成的生物材料。目前基于丝蛋白与有机聚合物
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恳请批评指正！
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基于丝蛋白的人工合成生物材料—水凝胶及多孔海绵
在合成的蜘蛛拖丝蛋白ADF-4中添加甲醇，蜘蛛丝会自聚集形成直径为3nm左
右，长度不少于1μm的纳米纤维，数天后，将这些纳米纤维回转变为具有纤 维网状结构的水凝胶，其还可进一步教练，使材料的模量和强度有较大程度 的提高，并能用来制作具有多孔结构的稳定组织框架材料。 另外，蚕丝及蜘蛛丝还可用来制作多孔的三维海绵状材料。所得到三维海绵 材料在组织工程领域具有极其重要的应用价值，可作为框架起到支撑细胞、 运送氧及代谢废物的作用，从而促进组织发育。


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蜘蛛丝


核层主要为两种蛋白质： MA spidroin 的MaSp1和MaSp2 A. diadematus 的ADF-3H和ADF-4 紧邻核层的分别是小囊状腺蛋白质层、 糖蛋白层及最外层的类脂壳层。
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不同结构形貌的基于丝蛋白的合成生物材 料
在人工合成丝蛋白的过程中，需先将天然丝蛋白溶解、再通过环境因 素的控制，获取具有不同形貌的材料。研究发现，对材料最终结构及形貌 影响显著的环境因素包括溶剂类型、PH值、蛋白质浓度、离子浓度及温 度等。这些环境因素的改变，直接影响丝蛋白β-折叠结晶结构的分布及最 终所形成材料的形貌与性能。
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基于丝蛋白的人工合成生物材料 —微球及微胶囊
通过控制丝蛋白，如ADF-4蛛丝蛋白，在油水界面的聚集行为，可
得到β-折叠结构占主导的薄的聚合物壳，最终形成壳的厚度为50nm， 直径为1~30μm的丝蛋白聚合物微球或空心微胶囊。 由于所得到的微胶囊壳层主要为β-折叠结构的丝蛋白，因此具有较 强的机械性能，另外其可降解性能也很容易控制，因此，在药物可 控释放及微反应器设计方面具有极好的应用前景。
的新型材料种类繁多，下面着重介绍丝蛋白与更具应用前景的可降解 有机聚合物合成的生物材料的相关研究。如天冬氨酸和桑蚕丝复合可 制得泡沫材料，这种材料在生物矿化领域具有极有利的应用空间；聚 己内酯与天然桑蚕丝通过熔融混合的方法可加工制成薄膜状材料，该 种材料具有优良的机械性能；聚乳酸与丝蛋白复合加工科制成薄膜、 泡沫及纤维状复合生物材料。 丝蛋白与无机纳米颗粒合成的生物材料。与有机聚合物相比，无机纳 米颗粒以其独特的光学、电学、力学及磁学性能，近年来吸引了研究 者们的广泛关注，利用有机丝蛋白与无机纳米颗粒复合的方法可制备 出在生物化学、生物技术及医药领域极具应用潜力的符合生物材料。 如采用蚕丝雨银纳米颗粒制作的纤维或薄膜表现出抗菌性能的改善， 而桑蚕丝雨金纳米颗粒制作的纤维表现出更好的导电性等。