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基于丝蛋白纳米纤维的组织修复材料设计

丝蛋白(silk fibroin, SF)是一种天然的蛋白质,具有优异的生物相容性、生物降解性、力学性能和加工性能,是一种理想的组织修复材料。丝蛋白纳米纤维(silk fibroin nanofibers, SFNFs)是一种利用电纺技术(electrospinning)从丝蛋白溶液中制备出的纳米级纤维,具有高比表面积、高孔隙率、高吸水性和高生物活性等特点,可以模拟天然细胞外基质(extracellular matrix, ECM)的结构和功能,为细胞的黏附、增殖和分化提供良好的微环境。 

丝蛋白溶液的制备和调控:丝蛋白溶液是电纺丝蛋白纳米纤维的原料,其浓度、粘度、表面张力、电导率等参数会影响电纺过程和纳米纤维的形貌和性能。通常,丝蛋白溶液可以通过不同的溶剂(如水、甲醇、乙醇等)、添加剂(如盐、酸碱、聚合物等)或混合物(如胶原蛋白、明胶等)来调节其参数,以达到最佳的电纺效果。 

 

电纺过程的优化和控制:电纺过程是通过施加高电压来将丝蛋白溶液从喷嘴拉伸成细长的纤维,并收集在接收板上形成非织造布。电纺过程中的电压、流量、喷嘴-接收板距离、温度、湿度等参数会影响电纺速度和稳定性,以及纳米纤维的直径、取向、分布和结构。

丝蛋白纳米纤维的后处理和改性:丝蛋白纳米纤维在电纺后通常需要进行后处理,以提高其稳定性和功能性。后处理主要包括去除残留溶剂、诱导结晶化或交联等步骤,可以改善丝蛋白纳米纤维的力学强度、水稳定性、生物降解速率等性能。此外,丝蛋白纳米纤维也可以通过表面修饰或掺杂其他物质(如生长因子、药物、矿物质等)来增加其生物活性或功能性。

利用丝蛋白纳米纤维膜作为皮肤修复材料,实现对烧伤创面的保护和促进。这种丝蛋白纳米纤维膜具有良好的透气性、吸水性和生物相容性,可以保持创面的湿润和清洁,防止感染和水分流失,同时也可以促进表皮细胞的迁移和增殖,加速创面的愈合。

利用丝蛋白纳米纤维海绵作为骨骼修复材料,实现对骨缺损的填充和重建。这种丝蛋白纳米纤维海绵具有高孔隙率、高弹性和高生物降解性,可以模拟天然骨骼的结构和功能,为骨细胞的黏附、增殖和分化提供良好的支架,同时也可以释放生长因子或药物,促进骨形成和血管生成。

利用丝蛋白纳米纤维凝胶作为软骨修复材料,实现对软骨缺损的修复和再生。这种丝蛋白纳米纤维凝胶具有高弹性、高吸水性和高生物相容性,可以模拟天然软骨的结构和功能,为软骨细胞的黏附、增殖和分化提供良好的微环境,同时也可以释放生长因子或药物,促进软骨形成和抗炎作用。

 

参考文献:

[1]Electrospinning of silk fibroin nanofibers: process optimization and evaluations.

[2]Effect of electrospinning parameters on the morphology and mechanical properties of silk fibroin nanofibers.

[3]Post-treatment of silk fibroin nanofibers: effects on morphology, structure and properties.

[4]Surface modification and functionalization of silk fibroin nanofibers for biomedical applications.

[5]Silk fibroin nanofibrous membranes for wound dressing applications.

[6]Silk fibroin nanofibrous sponges for bone tissue engineering.

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