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丝素蛋白是一种天然高分子材料,无毒、可生物降解、和人体具有良好的生物相容性,是一种良好的生物医学材料,丝素蛋白经改性后可制得人工皮肤、创面保护膜、药物控制释放材料、酶固定化材料、支架材料等等。传统的丝素膜经不溶化处理后有较大的脆性,限制了丝素蛋白在生物领域的研究和应用。现在很多学者探讨用各种天然聚合物材料和丝素共混,将丝素良好的生物相容性和聚合物的优异的力学性能相结合,已有的研究包括丝素和壳聚糖、明胶、聚乙烯醇、聚氨酯等的共混,它们的研究使丝素膜的应用得到了进一步的扩展。
聚乳酸是一种新型的可生物降解的天然高分子材料,和丝素分子一样具有无毒、无刺激等优点,本研究尝试了将聚乳酸和丝素溶液共混,制各了聚乳酸/丝素混合膜,探讨了不同分子量的聚乳酸、不同比例的聚乳酸对混合膜结构和性能的影响,并采用冷冻干燥法制备了聚乳酸/丝素多孔膜。
不同比例的聚乳酸/丝素混合膜其力学性能相对于纯的丝素膜都有较大的提高,在所讨论的三种不同的聚乳酸中,分子量为8万的聚乳酸对混合膜的断裂强度和断裂伸长率的提高最为明显,聚乳酸的加入量对混合力学性能的改善有一个极限值;制备的聚乳酸/丝素混合膜溶失率明显降低,水的接触角实验表明其亲水性有一定程度的下降;透汽透湿性实验表明,聚乳酸/丝素的透汽性约为20g.m-2.h-1,透湿性约为100g.m-2.h-1,达到了人工皮肤透汽和透湿性的要求。
红外光谱和XRD的测试结果表明,聚乳酸/丝素混合膜中,丝素分子的结构主要以β构像为主,而纯的丝素膜中丝素分子主要呈无规构像,丝素分子构像的转变可能是由于聚乳酸上甲基侧链和丝素分子中丙氨酸上的甲基通过范德华力聚集在一起,聚乳酸上的羰基和丝素丝氨酸上的-OH形成了氢键,丝素分子的排列更加规整,形成了较多β构像的丝素;热重实验(TG)表明,聚乳酸/丝素的分解温度提高了5~10℃,这可能也是出于混合膜中有较多β结构的丝素分子所致。
用红外光谱测试了聚乳酸/丝素多孔膜的结构,表明多孔膜中丝素主要以β构像为主;电镜(SEM)测试结果表明,所制备的聚乳酸/丝素多孔膜孔径大多分布在100~150μm之间,聚乳酸/丝素多孔膜有一定的力学强度,加入纳米TiO2有助于提高力学性能,用Hep3B细胞做体外生物相容性实验,结果表明所制备的聚乳酸/丝素生物相容良好。
总之,本研究采用聚乳酸和丝素混合成膜,制备出了力学性能优良、透汽透湿性良好、溶失率低的混合膜,有望用于创面保护膜、药物控制释放材料、酶固定化材料;通过冷冻干燥法制备出了孔径适中、分布均匀的聚乳酸/丝素多孔膜,其生物相容性良好,有一定的力学强度,可用作一种良好的组织工程支架材料。