原纤化多孔蚕丝纤维的成形机理及调控机制研究

Development of three dimensional porous tissue engineering scaffold materials with enhanced mechanical properties is the key to expand its clinical application. In this study, on the base of the swelling and supercontraction behavior of silk in formic acid, in conjunction with freeze-leaching and freeze- drying, We have fabricated a kind of three dimensional porous tissue engineering scaffold materials with fibrillar structure, moldable characteristic and enhanced mechanical properties. Then we will study the effect of degumming methods and degree of silk, formic acid concentration, temperature and time on the swelling, supercontraction behavior and the structural transformation mechanism of silk in formic acid, Exploring the relationship between silk micro/nano fibrillar structure characteristics and mechanical properties. Further, on the base of partly dissolved silk in formic acid-CaCl2 solvent system, in conjunction with freeze-leaching and freeze-drying, we will study the effect of leaching agent, freezing temperature, the cooling curves and time on the controllable forming mechanism of fibrillated porous silk fiber, ultimately, we will offer the new solution of fabricating three dimensional porous tissue engineering scaffold materials with fibrillar structure, moldable characteristic and enhanced mechanical properties.

开发具有增强力学性能的三维多孔组织工程支架材料是拓展其临床应用的关键。本研究利用蚕丝在甲酸中的膨胀、收缩等行为特性，结合冷冻-析出、冷冻-干燥等技术，制备出了可塑的、具有原纤化结构的、力学性能增强的多孔蚕丝纤维支架材料。在此过程中，研究蚕丝脱胶方式及程度、甲酸浓度、温度和时间等因素对蚕丝膨胀、收缩等行为的影响及其结构的转变机制，探索蚕丝微/纳米原纤结构的特性及其与力学性能的构效关系。进一步地，利用甲酸-CaCl2溶剂体系部分溶解蚕丝，结合冷冻-析出、冷冻干燥等技术，研究浸析剂、冷冻温度及曲线和时间对蚕丝多孔及原纤化成形的影响及其调控机制。通过该研究，为进一步认识蚕丝微/纳米原纤结构提供研究理论基础和实验数据，获得具有力学性能增强的多孔蚕丝纤维支架材料的制备方法和调控手段。

医用组织工程支架材料的性能是拓展其临床应用的关键技术指标，而性能来自于材料的组成和结构，如何调控材料的组成和结构实现其性能目标，是医用组织工程支架材料制备和研究的重要内容。来源于蚕丝的丝素纤维，作为一种资源丰富的天然蛋白质高分子，具有良好的生物相容性、无毒和低免疫原性等的特点，非常适合于制备医用组织工程支架材料，而其层级原纤结构又赋予其再生组织工程支架材料广泛的性能可调性。本项目基于蚕丝在甲酸中溶胀分纤的发现，从蚕丝在甲酸中的溶胀收缩现象入手，详细研究了蚕丝在甲酸中发生溶胀收缩的规律及其经甲酸浸泡前后的形貌、结构和性能变化，并以此为基础，深入探讨了甲酸溶胀收缩蚕丝经冷冻干燥后，原纤化多孔蚕丝纤维的成形机理和调控机制。经项目研究发现，通过调控丝素纤维浸泡甲酸的浓度或在甲酸中加入适量的卤素盐，可获得不同溶胀程度的丝素纤维，再对其进行冷冻干燥处理，即可获得具有原纤化结构特征的多孔丝素基组织工程支架材料，所得材料性能优异、细胞相容性良好，在医学组织工程应用中具有广泛的应用前景。