絲纖維生物材料

1、絲纖維生物材料 單婧主要內(nèi)容主要內(nèi)容:1.前言2.絲纖維生物材料基本介紹3.研究新進(jìn)展與新應(yīng)用4.展望前言前言l生物材料生物材料l指對(duì)生物體進(jìn)行診斷、治療和置換損傷組織、器官或增進(jìn)其功能的材料。l發(fā)展歷程： 二十世紀(jì)六七十年代二十世紀(jì)六七十年代 第一代生物材料：惰性生物材料 二十世紀(jì)八九十年代二十世紀(jì)八九十年代 第二代生物材料：生物活性材料 吸收性生物材料 九十年代后期至今九十年代后期至今 第三代生物材料：細(xì)胞和基因激活材料 生物仿生化材料 分子修飾可降解聚合物 前言前言l發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)： 第一、二代生物材料第一、二代生物材料 表面改性研究 提高器械性能 延長(zhǎng)使用壽命 第三代生物材料第三代生

2、物材料 著重研發(fā)含特定生長(zhǎng)因子和基因 促進(jìn)組織再生 組織工程與再生醫(yī)學(xué)組織工程與再生醫(yī)學(xué) 組織細(xì)胞與可降解材料相結(jié)合 進(jìn)行修復(fù)再造治療 納米技術(shù)和生物材料相結(jié)合納米技術(shù)和生物材料相結(jié)合 絲纖維生物材料基本介紹絲纖維生物材料基本介紹l組織工程支架材料基本介紹l絲纖維基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)l絲纖維傳統(tǒng)生物應(yīng)用絲纖維生物材料基本介紹絲纖維生物材料基本介紹l組織工程支架材料基本介紹組織工程支架材料基本介紹 目前為止，選擇合適材料作為細(xì)胞生長(zhǎng)支架是組織工程研究基礎(chǔ) 基本要求：基本要求： 良好的生物相容性 良好的表面相容性 足夠的機(jī)械強(qiáng)度 材料來(lái)源充足，易于加工成型 適度生物降解速率，可被完全吸收或安全排出體外

3、絲纖維生物材料基本介紹絲纖維生物材料基本介紹l合成高分子材料，主要是聚乳酸等脂肪族聚酯材料，已得到廣泛應(yīng)用。 它們?cè)诮到庑缘确矫娑蓟旧夏軡M足支架材料的應(yīng)用，但在生物相容性和細(xì)胞粘附能力方面卻遠(yuǎn)不如天然高分子。l天然高分子材料或者天然高分子對(duì)合成高分子進(jìn)行改性后的材料用作支架材料便成為理想的途徑之一 膠原等蛋白質(zhì)與殼聚糖、淀粉、纖維素等倍受關(guān)注 缺點(diǎn)：淀粉和纖維素類(lèi)的成纖成膜性較差，膠原與血蛋白來(lái)源日趨緊張，殼聚糖生產(chǎn)的工業(yè)化普及程度尚有待提高 絲纖維生物材料基本介紹絲纖維生物材料基本介紹l蠶絲基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)蠶絲基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)l蛋白質(zhì)聚合體，通常是由專(zhuān)門(mén)的腺體上皮細(xì)胞生物合成產(chǎn)生分泌物，并存儲(chǔ)

4、在腺體中腔內(nèi)形成。l20 30 的絲膠蛋白和70 80的絲素蛋白以及極少量的色素、碳水化合物等構(gòu)成。l絲膠蛋白：一種高分子量的球蛋白，其分子結(jié)構(gòu)支鏈上親水基含量較高，鏈排列不緊密，故易溶于水、稀酸和稀堿，并能被蛋白酶等水解，還具有與明膠類(lèi)似的凝膠、粘著等特性。 絲纖維生物材料基本介紹絲纖維生物材料基本介紹l絲素蛋白絲素蛋白l分子量為5萬(wàn)左右的小肽鏈和分子量為30萬(wàn)左右的大肽鏈l蛋白質(zhì)氨基酸組成以甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸為主l纖維內(nèi)產(chǎn)生較為緊密的 折疊晶體結(jié)構(gòu)，甚至在很小結(jié)晶區(qū)域內(nèi)也存在液晶態(tài)及多態(tài)現(xiàn)象，晶體和微小結(jié)晶區(qū)域間界面模糊l在水中僅膨脹而不溶解，亦不溶于乙醇等有機(jī)溶劑，但可在一些特殊中性

5、鹽溶液中發(fā)生無(wú)限膨脹形成粘稠液體，透析除鹽即可得絲素純?nèi)芤航z纖維生物材料基本介紹絲纖維生物材料基本介紹l傳統(tǒng)生物方面應(yīng)用 紡織領(lǐng)域 化妝品領(lǐng)域 手術(shù)縫合線研究新進(jìn)展與新應(yīng)用研究新進(jìn)展與新應(yīng)用l性質(zhì)l生物領(lǐng)域新應(yīng)用研究新進(jìn)展與新應(yīng)用研究新進(jìn)展與新應(yīng)用l性質(zhì)：性質(zhì)：l生物相容性：由絲引發(fā)的炎癥反應(yīng)不比一般用于縫合材料大且研究表明絲膠是主要過(guò)敏機(jī)質(zhì)，絲素則不是。l生物降解性：絲素對(duì)蛋白水解酶敏感，在體內(nèi)能被緩慢地吸收，速率與移植點(diǎn)、機(jī)械環(huán)境、病體健康和生理特點(diǎn)、絲素纖維直徑等有關(guān)研究新進(jìn)展與新應(yīng)用研究新進(jìn)展與新應(yīng)用l良好的加工性能良好的加工性能： 絲素純?nèi)芤和ㄟ^(guò)噴絲、噴霧或延展、干燥等處理，可得到再

6、生絲、凝膠、薄膜或微孔材料等產(chǎn)品，l與明膠、血清蛋白等相比其固化結(jié)晶方式多樣化與明膠、血清蛋白等相比其固化結(jié)晶方式多樣化：l一般天然蛋白的傳統(tǒng)固化工藝，采用戊二醛做交聯(lián)劑l一些獨(dú)特處理方式，如冷凍、熱蒸、拉伸及低毒性有機(jī)溶劑浸泡l良好的成膜性良好的成膜性：l與殼聚糖與膠原等相比，絲素蛋白膜成膜方便，還可保持高達(dá)98 以上透明性，高濕狀態(tài)下的柔韌性與形態(tài)保持性能也較為突出l在成膜條件適當(dāng)?shù)那闆r下，絲素膜可以表現(xiàn)出優(yōu)良的透氧透氣性能。不亞于甚至超過(guò)目前一般認(rèn)為在這方面性能卓越的合成材料 研究新進(jìn)展與新應(yīng)用研究新進(jìn)展與新應(yīng)用l缺陷： 純絲素膜決定穩(wěn)定性和強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)和分子間氫鍵并不多，絲膜結(jié)晶區(qū)相對(duì)較

7、少 如純絲素膜在含水量極低時(shí)易于破碎 在低濕環(huán)境應(yīng)用時(shí)強(qiáng)度不夠 結(jié)晶區(qū)偏少導(dǎo)致絲素膜在溶液中溶失率較高研究新進(jìn)展與新應(yīng)用研究新進(jìn)展與新應(yīng)用l生物領(lǐng)域新應(yīng)用：l人工器官：l人造皮膚：透明性使觀察創(chuàng)面情況較為容易；創(chuàng)面痛感較弱，絲膜與創(chuàng)口貼合緊密，又不易融化，可防感染，同時(shí)又保持良好透氣性，且絲素本身對(duì)皮膚細(xì)胞有生長(zhǎng)促進(jìn)功能l人工血管l人工角膜研究新進(jìn)展與新應(yīng)用研究新進(jìn)展與新應(yīng)用l組織工程支架：l絲素蛋白能被加工成泡沫、薄膜、纖維和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等多種形式，且與人體皮膜組織的氨基酸構(gòu)成相近，對(duì)細(xì)胞和組織的培植來(lái)說(shuō)是一種適宜的基質(zhì)l用絲素固定化葡萄糖酶膜、乳酸氧化酶膜制作的生物傳感器可以準(zhǔn)確、有效確定細(xì)胞

8、培養(yǎng)過(guò)程中的葡萄糖和乳酸的含量。 研究新進(jìn)展與新應(yīng)用研究新進(jìn)展與新應(yīng)用l用絲蛋白對(duì)合成高分子材料修飾后支架應(yīng)用用絲蛋白對(duì)合成高分子材料修飾后支架應(yīng)用： 改性后的PU 對(duì)于嚙齒動(dòng)物的細(xì)胞吸附能力和增殖能力都得到改善； 一定濃度改性后的PCL和PHA 的親水性都有明顯改善，細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果也證實(shí)改性后的復(fù)合支架細(xì)胞數(shù)量擴(kuò)增顯著，更有利于人胚肺成纖維細(xì)胞(HFL一1)的生長(zhǎng)繁殖研究新進(jìn)展與新應(yīng)用研究新進(jìn)展與新應(yīng)用l生物分析及藥物緩釋載體方面 絲素蛋白活性部位可為酶固定的反應(yīng)位置，根據(jù)其原理日本已研制出癌癥自動(dòng)診斷儀、葡萄糖氧化酶絲素固定膜。 特殊多孔性網(wǎng)狀膜結(jié)構(gòu)使絲素膜本身具有優(yōu)良吸附及緩釋功能，經(jīng)過(guò)丙烯酰接枝反應(yīng)后能成為很好的藥物緩釋劑。 靶向藥物方面，與明膠、血清蛋白相比絲素抗原性不明顯，還可以選擇一些非高溫方式固化。 展望展望l絲素氨基酸排列是以(GlyAlaGlyAlaGlySer)為特征。其中，ser之間的距離與肝磷脂中抗血凝結(jié)構(gòu)即硫酸基間的距離十分相近，因此在絲素中的Ser上引入硫酸基進(jìn)行改性處理，就有可能增加其血