丝素蛋白纤维材料

第五节丝素蛋白纤维材料丝素是一种动物蛋白质，它作为纤维材料，在纺织领域中具有无可比拟的优越性。

随着科学技术的进步和人们对蚕丝结构、性质研究的不断深入，丝素在生物材料及医药领域中的应用越来越引人注目。

丝素蛋白具有良好的透气性、生物可降解性及生物相容性，其超微结车幻能j融杆伽话府人体的木几伙媚鲴|天lIH，经素譬白可用椎丰术燎缚陷形眼镜、人工皮肤、保健品和护肤品等，还可以与其他材料混合制作人工肌肉。

丝素具有独特的氨基酸组成和丝朊蛋白的二级结构，并且，其中部分氨基酸对人体具有保健、医药功效，丝素上所带的甘氨酸，具有降低人体血液中胆固醇浓度的功能，特别是丙氨酸具有促进乙醇代谢的功能，酪氨酸具有预防痴呆症的功能，具有很好的预防和保健作用，符合人们生活水平不断提高的要求。

丝素蛋白，作为生物医药材料的研究正在不断深入，特别是在创面覆盖材料、药物释放材料、活性酶的载体及其生物传感器及智能材料的应用、生物材料、保健材料等方面的研究已取得了一定的进展，还要进一步研究和开发。

一、丝素膜的制备1．丝素蛋白溶液及丝素膜的制备取茧壳、废蚕丝按l：100的比例加人含有重量比1％的丝绸精练剂和0．2％无水碳酸钠的溶液中，在94～98。

C处理60min，重复操作一次，取出脱胶后的丝素，用蒸馏水充分洗涤，然后提纯。

将提纯的丝素加人氯化钙、乙醇、水(1：8：2摩尔比)的溶液中，加热直至丝素完全溶解，然后，把溶解后的丝素溶液放入透析膜袋中，透析去除钙离子、氯离子，得到再生丝素溶液，再将丝素溶液浇在聚乙烯板上，经低温干燥即制成丝素膜。

这样制得的丝素膜主要结构是丝素I型，不稳定，需用80％甲醇或2．5％戊二醛适当处理，促进膜由丝素I型向丝素Ⅱ型转化，即交联，使膜的水溶性下降，稳定性提高，应用性能得到一定改善。

2．丝素酶膜及药物膜的制备丝素酶膜的制备有包埋法和共价法两种方法：包埋法：采用Asakura法制备，将药物、各种活性酶按一定比例加入再生丝素溶液中，混合均匀铺在聚乙烯板上干燥成膜，将酶膜用80％甲醇或2．5％戊二醛进行处理，即制得不溶性的丝素酶膜、丝素药膜。

这种方法制得的酶膜、酶分子被包埋在丝素载体内。

共价法：采用Thomas法制备，将丝素膜用2．5％的戊二醛溶液活化后，把各种活性酶溶液按一定比例点在丝素膜上，干燥交联成膜。

二、丝素蛋白作为生物活性物的载体及应用丝素蛋白的基本用途是，将丝素基础材料用生物技术来固定酶、抗体、抗原、动物细胞、微生物等活性物质。

如酶在水中常温常压的稳定状态下，是良好的化学反应的催化剂，但是，酶极不稳定，对热、pH值等外界条件的变化较敏感，遇到一些杂菌极易失活，因此，必须将酶进行固定。

丝素材料能够用来固定酶是由丝素独特的结构决定的，丝素非结晶构造中，以酪氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸组成的序列可以称为反应的活性部位，它们含有的大量的活性基团(如羟基、羧基、氨基等)不仅与分子内的氢键结合有关，而且处于反应的活性状态，可以通过共价结合成为酶固定的反应位置。

此外，丝素的结晶构造主要由丝素I和丝素Ⅱ组成，当水溶性的丝素I结构向不溶性的丝素Ⅱ结构转化时，不需要任何交联剂，通过改变其溶剂、温度、pH值等外界条件即可实现，基于丝素蛋白的这一特性，其特别适合作为固定化酶的材料。

1．丝素蛋白作为生物活性物的载体丝素蛋白作为固定化酶的载体具有以下几方面的优点：再生丝素来源广泛，丝素蛋白对人体无毒、无害，且具有一定的营养、保健功效；固定化酶的工艺简单，不需要任何交联剂；用丝素蛋白作载体，既可以防止霉外溶，又给霉提供了足够的自由度；固定化霉的米氏常数比游离酶小，作用时对底物的亲和力增加；酶被丝素蛋白固定化以后活性和稳定性均有所提高，酶的寿命大大延长，使用效率显著提高。

在丝素蛋白材料作为酶载体的研究方面较为成功的丝素固定化酶主要有以下几种：安徽农业大学黄辰等利用丝素蛋白固定活性酶及酶膜特性的一系列研究，采用共价法及包埋法制备了丝素膜固定化葡萄糖氧化酶、丝素膜固定化青霉素酰化酶、丝素膜固定化乳酸氧化酶等。

对这三种丝素膜酶通过生物性能测试发现，均比溶液酶具有更高的热稳定性、pH值稳定性及贮存稳定性。

丝素固定化葡萄糖氧化酶的最适宜温度由溶液酶的40℃上升到50℃，溶液酶50℃开始失活，70℃迅速失活，而以丝素作为固定化酶载体采用共价法和包埋法制得的酶膜，在501、处理100rain后活力仍保持84％和74．1％，70℃处理60rain后，分别保持73．6％和65％的活力，而且米氏常数比溶液酶低，是溶液酶的l／13，说明固定化酶在催化反应时对底物的亲和力比溶液酶大大提高了。

另外，利用丝素蛋白为基质还可研制丝素固定化糖化酶、丝素固定化过氧化氢酶、丝素固定化果胶酶等。

此外，还有采用共价法和包埋法制成了丝素固定化P一葡萄糖苷酶及丝素固定化尿酸酶。

这些固定化酶与游离酶相比，将酶固定在丝素蛋白膜上可以有效地提高酶的热稳定性、pH值稳定性、操作稳定性及贮存稳定性，可使酶反应在较高的温度下进行，提高酶促反应的速度，最佳pH值基本都向中性转移，可使反应在中性或接近中性的条件下进行，有利于控制酶促反应向预期方向进行，提高了酶对外界不良条件的抵抗能力。

2．丝素蛋白固定化酶膜的应用固定化酶膜及其生物传感器在临床医学、细胞培养、食品检验等方面具有广泛的应用。

许多专家学者在丝素膜为载体的各种酶膜的同时，采用丝素蛋白酶膜为基础，组建了生物传感器。

生物传感器是一种以生物活性单元(如酶等)作为敏感基元，对被分析物具有高度选择性的现代化分析仪器。

生物活性酶的固定化是几乎所有类型的生物传感器制备过程中必须的步骤。

目前，研制或已开发使用的丝素酶膜传感器主要有丝素固定化葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸氧化酶、过氧化物酶、脲酶、尿酸酶等生物传感器。

另外，纯丝素在干燥状态下或有机溶剂中易变脆，如果将蚕丝蛋白与其他高分子材料复合(如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、海藻酸钠、纤维素及其衍生物等)，可以克服这一缺陷，既保持了丝素蛋白的优点，又发挥了高分子材料的优良性能，使丝素膜的吸水性和力学性能有～定程度的改善，如复旦大学子同隐教授研究小组研制的以丝素、聚乙烯醇复合材料制备的丝素／聚乙烯醇固定化葡萄糖氧化酶生物传感器等。

丝素固定化葡萄糖氧化酶生物传感器能够快速、准确地用于血清测定、糖尿病人尿液、血液中的葡萄糖测定，丝素固定化葡萄糖脱氢酶电用于人体血清中葡萄糖的测定。

还有，葡萄糖氧化酶～丝素膜生物传感器及尿酸酶一丝素膜生物传感器可以准确地测定血清中脲、尿酸的含量以及尿液中尿酸的含量。

另外，采用丝素蛋白复合材料对脲激酶进行固定，用于对一IS,血管疾病、脑梗塞等突发性疾病进行定量分析，对临床用药量进行有效评定具有重要意义。

丝素酶膜生物传感器对细胞的培养起着重要的作用，随着细胞培养技术的发展，人们越来越重视采用生物反应器来大规模培养基因重组细胞以生产高值大分子生化药物，因此，快速又准确地分析、控制细胞培养过程非常重要。

而在细胞培养中，葡萄糖和乳酸是细胞生长的主要因素，葡萄糖促进细胞的生长，乳酸又会抑制细胞生长，甚至杀伤细胞，因此，测定细胞培养液中乳酸和葡萄糖含量的变化是细胞培养中不可缺少的工作。

用丝素固定化葡萄糖酶膜、乳酸氧化酶膜制定的生物传感器可以准确、有效地测定细胞培养过程中的葡萄糖和乳酸的含量，以便及时地添加培养液和补充氧气。

丝素蛋白作为固定化酶的载体，在食品工业中也具有一定的实用性，如丝素固定化一葡萄糖苷酶膜。

卢一葡萄糖苷酶能水解水果中的糖苷，使水果中潜在的芳香物质释放出来，增强果酒、果汁的天然风味。

溶液的口一葡萄糖苷酶在果酒中不能回收，且香味释放不能控制，而丝素固定化口一葡萄糖苷酶在反应时能大量回收，可重复使用。

因此，丝素蛋白作为固定化酶的载体在食品工业中具有一定的实用意义。

同样，丝素固定化果胶酶、丝素固定化糖化酶在食品生产和检验中有着不可替代的作用。

三、丝素创面覆盖膜用于创面覆盖物的材料应该与人体具有良好的生物相容性，这种材料主要有猪皮。

猪皮与人体的皮肤组织结构相似，生物性能相近，作为生物敷料用于烧伤早期或烫伤创面的覆盖，起到保护创面、减少渗出、防止感染、促进伤口愈合的作用。

而且，丝素也是一种天然动物蛋白，无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性，将丝素膜开发为创面保护膜，开辟了其在医学领域中的新用途。

经临床试验，均显示出丝素创面膜具有良好的物理及生物学性能，与同类产品相比有其性能优势。

目前，研究较为成功的以丝素膜为材料的创面覆盖膜主要有多孔丝素创面保护膜、药物丝素保护膜等。

多孔丝素创面保护膜性能优良，无菌无毒，遇水不溶解，与人体的生物相容性好，机械强度即断裂强度、断裂伸长率以及柔软度均适宜临床应用，透水透气较好。

经临床试验结果如下：此膜与创面有一定的粘附性、柔软性、韧性；用于II度创面治疗，供皮区膜下无积液，透气透水性好，保护创面免受感染，减轻创面疼痛，减少换药次数，创面愈合快，是适用于浅度烧伤、烫伤和整形取皮区的保护和治疗的优选材料。

多孔创面保护丝素膜是将丝素溶液经冷冻干燥而制得，此膜的孔密度1～2000个／n瑚2，平均孔径10～300Arm，空隙率达35％～70％。

此膜具有对创口的保护与治疗作用。

另外，它的多孔性特征优越，致密层(表皮)能隔绝外界杂菌侵人，多孔层(内层)施上药，使创面保护一定的湿润，又能控制药物逐渐向创面释放。

当创面渗出物较多时，多孔层能发挥其吸收动力，吸收创面渗出液，防止创面积液，因此能防止创面感染，促进创口快速愈合，适用于I度、lI度烧伤、创伤、溃疡褥疮和整形取皮区等创面的治疗。

多孔丝素创面保护膜还可以通过调节其孔的尺寸大小，控制药物释放速度，将其粘贴于体表、器官局部或植入体内，对慢性疾病、肿瘤等有持久的疗效。

药物丝素保护膜，取大黄、紫草等中药加入去离子水浸泡、加热煎煮、过滤，然后与丝素溶液按一定比例混合，干燥即成。

通过对其物理及生物性能的测试，发现中药丝素膜不仅具有单独丝素膜覆盖材料的保护作用，而且对于已被细菌感染的创口具有清除细菌治疗感染创面的功效，促进刨目愈合。

当中药丝素膜覆盖于人体体表时通过药物逐渐释放NOJ 面上而达到抑菌的作用，且这种药膜具有良好的强伸度和柔韧性，随形性好，不影响关节的活动。

丝素蛋白对表皮细胞的生长具有促进作用，采用在表皮细胞培养液DMEM(Gibco)中加入丝素蛋白的方法，观察丝素蛋白对表皮细胞生长的影响。

实验结果显示出加入丝素蛋白的培养液的生长计数和细胞增殖能力均高于加生理盐水的培养液，说明丝素蛋白对表皮细胞的成长具有促进作用，因为，丝素本身由两种主要氨基酸即丙氨酸和乙氨酸组成，丝素原液内小分子肽和氨基酸是表皮细胞生长的有效成分，具有美容和护肤的作用，在医疗和保健领域有很高的使用价值。

四、丝素蛋白作为药物缓释材料随着药物技术的发展和患者要求的提高，药物释放技术正在成为世界医药研究领域的一个方向，药物释放技术是提高医疗水平的关键环节之一。