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1、丝纤维生物材料 主要内容主要内容:1.前言2.丝纤维生物材料基本介绍3.研究新进展与新应用4.展望1前言前言l生物材料生物材料l指对生物体进行诊断、治疗和置换损伤组织、器官或增进其功能的材料。l发展历程： 二十世纪六七十年代二十世纪六七十年代 第一代生物材料：惰性生物材料 二十世纪八九十年代二十世纪八九十年代 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：细胞和基因激活材料 生物仿生化材料 分子修饰可降解聚合物 2前言前言l发展趋势发展趋势： 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 延长使用寿命 第三代生物材料第三代生
2、物材料 着重研发含特定生长因子和基因 促进组织再生 组织工程与再生医学组织工程与再生医学 组织细胞与可降解材料相结合 进行修复再造治疗 纳米技术和生物材料相结合纳米技术和生物材料相结合 3丝纤维生物材料基本介绍丝纤维生物材料基本介绍l组织工程支架材料基本介绍l丝纤维基本结构和性质l丝纤维传统生物应用4丝纤维生物材料基本介绍丝纤维生物材料基本介绍l组织工程支架材料基本介绍组织工程支架材料基本介绍 目前为止，选择合适材料作为细胞生长支架是组织工程研究基础 基本要求：基本要求： 良好的生物相容性 良好的表面相容性 足够的机械强度 材料来源充足，易于加工成型 适度生物降解速率，可被完全吸收或安全排出体
3、外 5丝纤维生物材料基本介绍丝纤维生物材料基本介绍l合成高分子材料，主要是聚乳酸等脂肪族聚酯材料，已得到广泛应用。 它们在降解性等方面都基本上能满足支架材料的应用，但在生物相容性和细胞粘附能力方面却远不如天然高分子。l天然高分子材料或者天然高分子对合成高分子进行改性后的材料用作支架材料便成为理想的途径之一 胶原等蛋白质与壳聚糖、淀粉、纤维素等倍受关注 缺点：淀粉和纤维素类的成纤成膜性较差，胶原与血蛋白来源日趋紧张，壳聚糖生产的工业化普及程度尚有待提高 6丝纤维生物材料基本介绍丝纤维生物材料基本介绍l蚕丝基本结构和性质蚕丝基本结构和性质l蛋白质聚合体，通常是由专门的腺体上皮细胞生物合成产生分泌物
4、，并存储在腺体中腔内形成。l20 30 的丝胶蛋白和70 80的丝素蛋白以及极少量的色素、碳水化合物等构成。l丝胶蛋白：一种高分子量的球蛋白，其分子结构支链上亲水基含量较高，链排列不紧密，故易溶于水、稀酸和稀碱，并能被蛋白酶等水解，还具有与明胶类似的凝胶、粘着等特性。 7丝纤维生物材料基本介绍丝纤维生物材料基本介绍l丝素蛋白丝素蛋白l分子量为5万左右的小肽链和分子量为30万左右的大肽链l蛋白质氨基酸组成以甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸为主l纤维内产生较为紧密的 折叠晶体结构，甚至在很小结晶区域内也存在液晶态及多态现象，晶体和微小结晶区域间界面模糊l在水中仅膨胀而不溶解，亦不溶于乙醇等有机溶剂，但可在一
5、些特殊中性盐溶液中发生无限膨胀形成粘稠液体，透析除盐即可得丝素纯溶液8丝纤维生物材料基本介绍丝纤维生物材料基本介绍l传统生物方面应用 纺织领域 化妆品领域 手术缝合线9研究新进展与新应用研究新进展与新应用l性质l生物领域新应用10研究新进展与新应用研究新进展与新应用l性质：性质：l生物相容性：由丝引发的炎症反应不比一般用于缝合材料大且研究表明丝胶是主要过敏机质，丝素则不是。l生物降解性：丝素对蛋白水解酶敏感，在体内能被缓慢地吸收，速率与移植点、机械环境、病体健康和生理特点、丝素纤维直径等有关11研究新进展与新应用研究新进展与新应用l良好的加工性能良好的加工性能： 丝素纯溶液通过喷丝、喷雾或延展
6、、干燥等处理，可得到再生丝、凝胶、薄膜或微孔材料等产品，l与明胶、血清蛋白等相比其固化结晶方式多样化与明胶、血清蛋白等相比其固化结晶方式多样化：l一般天然蛋白的传统固化工艺，采用戊二醛做交联剂l一些独特处理方式，如冷冻、热蒸、拉伸及低毒性有机溶剂浸泡l良好的成膜性良好的成膜性：l与壳聚糖与胶原等相比，丝素蛋白膜成膜方便，还可保持高达98 以上透明性，高湿状态下的柔韧性与形态保持性能也较为突出l在成膜条件适当的情况下，丝素膜可以表现出优良的透氧透气性能。不亚于甚至超过目前一般认为在这方面性能卓越的合成材料 12研究新进展与新应用研究新进展与新应用l缺陷： 纯丝素膜决定稳定性和强度的结构和分子间氢
7、键并不多，丝膜结晶区相对较少 如纯丝素膜在含水量极低时易于破碎 在低湿环境应用时强度不够 结晶区偏少导致丝素膜在溶液中溶失率较高13研究新进展与新应用研究新进展与新应用l生物领域新应用：l人工器官：l人造皮肤：透明性使观察创面情况较为容易；创面痛感较弱，丝膜与创口贴合紧密，又不易融化，可防感染，同时又保持良好透气性，且丝素本身对皮肤细胞有生长促进功能l人工血管l人工角膜14研究新进展与新应用研究新进展与新应用l组织工程支架：l丝素蛋白能被加工成泡沫、薄膜、纤维和网状结构等多种形式，且与人体皮膜组织的氨基酸构成相近，对细胞和组织的培植来说是一种适宜的基质l用丝素固定化葡萄糖酶膜、乳酸氧化酶膜制作
8、的生物传感器可以准确、有效确定细胞培养过程中的葡萄糖和乳酸的含量。 15研究新进展与新应用研究新进展与新应用l用丝蛋白对合成高分子材料修饰后支架应用用丝蛋白对合成高分子材料修饰后支架应用： 改性后的PU 对于啮齿动物的细胞吸附能力和增殖能力都得到改善； 一定浓度改性后的PCL和PHA 的亲水性都有明显改善，细胞培养结果也证实改性后的复合支架细胞数量扩增显著，更有利于人胚肺成纤维细胞(HFL一1)的生长繁殖161718研究新进展与新应用研究新进展与新应用l生物分析及药物缓释载体方面 丝素蛋白活性部位可为酶固定的反应位置，根据其原理日本已研制出癌症自动诊断仪、葡萄糖氧化酶丝素固定膜。 特殊多孔性网
9、状膜结构使丝素膜本身具有优良吸附及缓释功能，经过丙烯酰接枝反应后能成为很好的药物缓释剂。 靶向药物方面，与明胶、血清蛋白相比丝素抗原性不明显，还可以选择一些非高温方式固化。 19展望展望l丝素氨基酸排列是以(GlyAlaGlyAlaGlySer)为特征。其中，ser之间的距离与肝磷脂中抗血凝结构即硫酸基间的距离十分相近，因此在丝素中的Ser上引入硫酸基进行改性处理，就有可能增加其血液相容性。l丝素蛋白成膜后在体内生物降解性能需进行进一步研究，以期在生物降解速度与膜机械性能的维持或药物缓释速度之间寻求一个最好的平衡点。l对丝纤维生物材料支架可提供的结合、运输细胞生长因子功能进一步研究并实践l对丝纤维生物材料与其他天然高分子、合成高分子复合进行研究2021
