杜睿 歐錦漣

摘要：為更好的拓展絲素蛋白應(yīng)用，彌補(bǔ)因脫膠造成絲素蛋白某些性能上的缺陷，綜述了近年來(lái)對(duì)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(diǎn);總結(jié)絲素蛋白在智能可穿戴、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展。隨著人們對(duì)綠色環(huán)保理念的增強(qiáng)，無(wú)毒無(wú)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(diǎn)。

關(guān)鍵詞：絲素蛋白;結(jié)構(gòu)與性能;應(yīng)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(wèn)題的加劇，開(kāi)發(fā)一種來(lái)源廣、安全性高、可再生的新型材料成為材料研究新趨勢(shì)，而天然的SF材料由于其獨(dú)特的生物可降解性、生物相容性等特點(diǎn)成為近年來(lái)關(guān)注的熱點(diǎn)[2]。

（1）SF具有良好的生物相容性。細(xì)胞與生物材料表面的粘附是細(xì)胞識(shí)別的一種標(biāo)志，通常為細(xì)胞遷移、增殖、分化和存活等后續(xù)過(guò)程奠定基礎(chǔ)，作為一種促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的生物材料，絲素被發(fā)現(xiàn)能顯著促進(jìn)細(xì)胞粘附，并對(duì)周圍細(xì)胞的損害很小，其良好的生物相容性已被證實(shí)。Bussabong C等人研究了SF刺激健康和特應(yīng)性受試者的外周血單個(gè)核細(xì)胞，從而產(chǎn)生白細(xì)胞介素10（IL-10）的能力。結(jié)果表明，SF對(duì)外周血單個(gè)核細(xì)胞無(wú)毒，也不誘導(dǎo)炎癥因子（Th1/Th17相關(guān)因子和Th2相關(guān)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(kuò)大了其應(yīng)用[3，5]。且具有一定的成骨能力，在骨修復(fù)和再生方面具有廣闊的應(yīng)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(gè)漸進(jìn)的過(guò)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(jiàn)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(jìn)的，在此過(guò)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(shí)具有親水區(qū)和分子折疊成二級(jí)或更高級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)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(yīng)用于載藥系統(tǒng)和化妝品領(lǐng)域[8]。

2絲素蛋白的應(yīng)用

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

2.1智能可穿戴領(lǐng)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(jī)械穩(wěn)定性等特點(diǎn)，因而成為近幾年智能可穿戴領(lǐng)域包括機(jī)械（應(yīng)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(xué)領(lǐng)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(yīng)用于生物材料和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，尤其是在組織支架、藥物輸送、凝膠等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[3，10，11，14]。

2.2.1水凝膠

SF是一種獨(dú)特的天然聚合物，因其特殊的大分子結(jié)構(gòu)，能通過(guò)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(luò)結(jié)構(gòu)，且具有獨(dú)特的理化性質(zhì)以及對(duì)細(xì)胞和小分子優(yōu)異的透過(guò)性和擴(kuò)散性。目前，SF水凝膠已在生物醫(yī)用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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?？缮锝到獠牧舷鄬?duì)于非生物降解材料可以免除治療后進(jìn)行外科手術(shù)移除載體的過(guò)程，因而可生物降解材料應(yīng)用更加廣泛?？缮锝到獠牧现饕譃槿斯ず铣刹牧虾吞烊徊牧蟽深?，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(jià)格低廉的特點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注[16]。

2.2.3組織支架

組織工程是通過(guò)工程技術(shù)與生命科學(xué)的原理、方法制備組織替代物，改善和修復(fù)組織缺損或恢復(fù)功能的新學(xué)科。目前，由于SF具有較好的促進(jìn)組織再生、生物相容性、生物降解性、機(jī)械強(qiáng)度與變形能力、無(wú)毒、無(wú)或低免疫原性、適宜的孔徑以及來(lái)源廣、易獲取、成本低等特點(diǎn)，因而其在骨組織工程、軟骨組織工程、韌帶組織工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[17]。

3結(jié)語(yǔ)：在如今資源逐漸匱乏的今天，利用和開(kāi)發(fā)可再生綠色材料將成為今后持續(xù)關(guān)注的熱點(diǎn)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(diǎn)必將持續(xù)受到更多研究者的關(guān)注，推動(dòng)我國(guó)蠶絲產(chǎn)業(yè)的進(jìn)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(xué)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(lǐng)域持續(xù)大放異彩，不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]張凱.絲素蛋白的提取及絲素膜的制備、修飾與應(yīng)用研究[D].東華大學(xué)，2015.

[2]范蘇娜，陳杰，顧張弘，等.絲素蛋白纖維及功能化材料的設(shè)計(jì)與構(gòu)筑[J].高分子學(xué)報(bào)，2021，52（1）：29-46.

[3]Blake S， Kim N.Y， Kong N， et al. Silk’s cancer applications as a biodegradable material[J]. Materials Today Sustainability，2021（13）：100069.

[4]Chancheewa B， Buranapraditkun S， Laomeephol C， et al. In vitro immune responses of human peripheral blood mononuclear cells to silk fibroin： IL-10 stimulated anti-inflammatory and hypoallergenic properties[J]. Materials Today Communications，2020（24）：101044.

[5]羅子木.蠶絲蛋白的改性研究及相應(yīng)脫模裝置的設(shè)計(jì)[D].華中師范大學(xué)，2014.

[6]Yu Y.F， Yu X.F， Tian D.L， et al. Thermo-responsive chitosan/silk fibroin/amino-functionalized mesoporous silica hydrogels with strong and elastic characteristics for bone tissue engineering[J]. International Journal of Biological Macromolecules，2021（182）：1746-1758.

[7]Cao Y， Wang B.C. Biodegradation of Silk Biomaterials[J]. International Journal of Molecular Sciences，2009，10（4）：1514-1524.

[8]李瑩瑩，王昉，劉其春，等.絲素蛋白及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].材料工程，2018，46（8）：14-26.

[9]Saric M， Scheibel T. Engineering of silk proteins for materials applications[J]. Current opinion in biotechnology，2019（60）：213-220.

[10]張勇，陸浩杰，梁曉平，等.蠶絲基智能纖維及織物：潛力、現(xiàn)狀與未來(lái)展望[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2021（03）：1-16.

[11]明津法，黃曉衛(wèi)，寧新，等.絲素蛋白材料制備及應(yīng)用進(jìn)展[J].絲綢，2021，58（2）：20-26.

[12]李勝優(yōu)，劉鎵榕，文豪，等.蠶絲基可穿戴傳感器的研究進(jìn)展[J].物理學(xué)報(bào)，2020，69（17）：130-142.

[13]Luo Y， Pei Y.C， Feng X.M， et al. Silk fibroin based transparent and wearable humidity sensor for ultra-sensitive respiration monitoring[J]. Materials Letters，2020（260）：126945.

[14]王苗苗，韓倩倩.絲素蛋白的制備方法及在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志，2021，45（3）：301-304+309.

[15]Zhao Y， Zhu Z.S， Guan J， et al. Processing， mechanical properties and bio-applications of silk fibroin-based high-strength hydrogels[J]. Acta Biomaterialia，2021（125）：57-71.

[16]吉立靜，柯靖，賈蘭，等.絲素蛋白作為藥物載體材料的研究進(jìn)展[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2015，32（6）：1364-1368.

[17]信更新，劉毅.天然高分子材料在軟組織工程中的應(yīng)用[J].華南國(guó)防醫(yī)學(xué)雜志，2019，33（9）：656-659.

作者簡(jiǎn)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(xué)。