纳米生物玻璃对丝素蛋白结构调控、矿化及性能的研究

本项目针对丝素蛋白多孔材料作为组织工程支架存在溶失率过高、生物活性过低的问题，从纳米生物玻璃对丝素蛋白的结构调控入手，重点研究纳米生物玻璃与丝素蛋白复合后对丝素蛋白的结构转变、转变动力学、复合材料矿化性能的影响；阐明纳米生物玻璃对丝素蛋白结构的调控机理；探索纳米生物玻璃与丝素复合三维支架组织材料制备工艺；考察该类材料的力学性能、降解性能、亲水性能、材料孔隙率、孔的取向及梯度分布等微结构；研究该类材料的生物活性、矿化性能以及与细胞的粘附、增殖、分化性能。本项目将揭示蛋白材料和纳米生物玻璃等重要生物材料的结构与本征性能之间的内在关系，实现对丝素蛋白二级结构人为调控，发展丝素蛋白三维支架组织材料的制备技术，为丝素蛋白材料真正走向实际应用奠定理论与技术基础，同时也为新型组织工程材料研究提供新思路。

蚕丝丝素蛋白是一种天然高分子材料，占蚕丝的70～80%。丝素蛋白无毒、可生物降解、与人体生物相容性良好，是一种优异的组织工程材料。但在实际应用中，丝素蛋白存在溶失率过高、生物活性过低的问题。纳米生物玻璃是一种钙-硅基材料，具有优良的生物活性、降解性和生物相容性，能促进成骨细胞增殖和分化，促进同软/硬组织形成化学键合作用。本项目通过在丝素蛋白材料中添加纳米生物玻璃粒子，克服丝素蛋白材料在应用过程中的缺陷。本项目通过冷冻干燥法、相转化法和以脱钙骨为模板的仿生制备法将纳米生物玻璃与丝素蛋白复合制备丝素蛋白/纳米生物玻璃复合材料，研究了纳米生物玻璃的成分和添加比例等对复合材料的微观结构、丝素蛋白的二级结构、复合材料的力学性能、热稳定性、溶胀性、生物活性、细胞相容性等进行研究。.研究结果表明：（1）冷冻干燥法和以脱钙骨为模板的仿生法制备的丝素蛋白/纳米生物玻璃复合多孔支架孔隙分布均匀，孔连通性较好。相转化法制备的丝素蛋白/纳米生物玻璃复合膜材料，纳米颗粒可均匀分散在丝素膜中，形成无机纳米粒子嵌入式有机/无机网络结构。（2）FTIR和XRD分析表明，纳米生物玻璃的加入会引起丝素蛋白由无规卷曲/-螺旋转变为-折叠。（3）在丝素蛋白材料中添加纳米生物玻璃能降低复合材料的水接触角，提高其亲水性和吸水率。（4）复合材料在模拟体液中浸泡7天后表面形成了一层包含碳酸根的羟基磷灰石层（CHA），CHA的沉积量随纳米生物玻璃含量的增加而增大，说明复合材料具有良好的体外生物活性。（5）随着纳米生物玻璃含量的增加，复合材料的降解率增大，复合材料的降解速率可通过调整纳米生物玻璃的比例进行控制。（6）复合材料对L929小鼠成纤维细胞生长不存在毒副作用。含20wt%以上的复合材料上MC3T3-E1小鼠颅骨成骨细胞的增殖率和分化情况明显高于纯丝素材料，说明复合材料能更好地支持MC3T3-E1小鼠颅骨成骨细胞增殖和分化。.三年来，本项目研究严格按照计划进行，完成了预定的全部研究内容，取得了预期的结果。本项目发表和录用学术论文14篇，其中SCI收录6篇，国内核心期刊6篇，录用和待发表2篇；申请和授权发明专利4项，其中授权专利2项，申请专利2项；论文和专利成果已完成预期目标。此外，参加国内外相关学术会议4次，ISTP收录会议论文3篇，培养博士研究生2名，硕士研究生9人。