静电纺人发角蛋白/PEO纳米纤维支架制备与性能研究

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角蛋白是一种具有独特的生物相容性、低免疫性以及生物降解性自然资源材料,在制药、生物医用材料等领域具有广阔的应用前景。人发是富含角蛋白的天然纤维材料之一,目前多直接废弃,污染浪费,可作为再生蛋白质原料。静电纺丝技术能够制备出比表面积大、孔隙率高、适宜细胞吸附、增殖的纳米支架。因此,角蛋白与静电纺丝技术的结合为角蛋白材料的应用提供新思路和应用领域。  本文首先分析了人发纤维形态特点、角蛋白大分子结构及其提取方法,总结了角蛋白提取方法的种类、反应原理以及主要优缺点。在此基础上,本文采用还原法制备人发角蛋白,并利用DSC、FTIR、XRD等仪器表征了角蛋白的提取率和化学结构、结晶度、热稳定性等性能。结果发现,还原剂能够使人发纤维中二硫键断裂成-SH和磺酸基-SO32-,从而得到角蛋白粉末,人发角蛋白提取率可达到65%。但还原法制备获得的角蛋白可纺性差和易溶于水,制约了角蛋白作为生物支架材料方面的应用。  针对人发角蛋白可纺性差问题,本文采用将生物相容好的聚氧化乙烯与人发角蛋白混合进行静电纺丝。实验发现获得的人发角蛋白/PEO纳米纤维最优混纺比仅为70/30。为了进一步提高角蛋白在复合纤维中的含量以制得高比例人发角蛋白/PEO纳米支架,本文采取戊二醛、乙二醇二缩水甘油醚初步交联方法对人发角蛋白进行化学改性。结果发现,静电纺丝人发角蛋白/PEO混纺比可提高到90/10,说明初步交联是改善人发角蛋白可纺性的一种有效途径。  针对人发角蛋白易溶于水问题,本文分别采用戊二醛、乙二醇二缩水甘油醚蒸汽交联法和氧气氧化交联法后处理人发角蛋白/PEO纳米纤维支架,并从纳米纤维形貌、结晶晶相结构、热稳定性、大分子结构、亲疏水性等五个方面进行了分析研究。结果发现,经交联处理的纳米支架结晶度、热稳定性、亲水性均得到明显改善。经蒸汽交联后的纳米支架水溶性得到一定改善,但仍具有水溶性,而氧气氧化交联后的纳米支架不溶于水。FTIR分析结果表明,经氧气氧化交联后,人发角蛋白/PEO纳米支架红外光谱中-SH吸收峰消失,说明-SH发生氧化。  最后,本文利用体外细胞培养法对人发角蛋白/PEO纳米支架生物相容性进行了初步研究。通过检测不同时间的细胞黏附以及生长形态发现,人发角蛋白/PEO纳米纤维支架具有较好的生物相容性。  本文研究结果表明,通过共混、交联和氧化等技术手段,能够制备出不溶水、角蛋白含量高的人发角蛋白/PEO纳米纤维支架,该支架具有良好的生物相容性,有望在生物医用材料、组织工程材料等领域具有良好的应用前景。
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