 |
 |
 |
 |
 |
 |
||
 |
 |
 |
 |
 |
| 1 | 1/1 | 返回列表 |
| 查看: 2444 | 回復(fù): 0 | |||
醫(yī)用蠶絲科技新蟲(chóng) (初入文壇)
|
[交流]
新興絲素蛋白材料及其應(yīng)用：蠶絲交聯(lián)創(chuàng)新帶來(lái)的新功能
|
|
【摘要】 絲素蛋白材料應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、食品和高科技行業(yè)，在很大程度上得益于將蠶絲加工成再生絲素蛋白溶液的能力，該溶液可以被工程化為多種材料形式，并通過(guò)重新引入非共價(jià)的天然β-折疊蛋白結(jié)構(gòu)維持穩(wěn)定。蠶絲材料創(chuàng)新則通過(guò)共價(jià)交聯(lián)和塑化實(shí)現(xiàn)絲素蛋白的穩(wěn)定。這些方法將蠶絲變成了一種不僅堅(jiān)固，而且具有彈性和柔韌性的材料，極大地拓寬了蠶絲材料的制造策略，包括光刻、數(shù)字光處理和3D打印。因此，蠶絲現(xiàn)在可以用于一系列應(yīng)用，包括眼部假體、生物粘合劑、組織工程基質(zhì)、綠色可生物降解的LED和電池、皮膚和植入式傳感器以及生物塑料。在這篇綜述中，我們討論了蠶絲材料中交聯(lián)的演變，重點(diǎn)是基于酪氨酸和甲基丙烯酸酯的共價(jià)交聯(lián)，以及使用甘油和鈣離子塑化蠶絲所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)變化。 【研究?jī)?nèi)容】 通過(guò)共價(jià)交聯(lián)和塑化方法穩(wěn)定蠶絲材料，補(bǔ)充了傳統(tǒng)的基于物理β-sheet的交聯(lián)，使蠶絲材料取得了重大進(jìn)展。這些方法( 1 )產(chǎn)生了具有獨(dú)特物理和生物特性的新型蠶絲材料；( 2 )擴(kuò)展了蠶絲的可加工性，特別是使用了更多的現(xiàn)代制造方法，如光刻和增材制造；( 3 )擴(kuò)展了蠶絲的應(yīng)用領(lǐng)域；( 4 )為基本了解蠶絲纖維的進(jìn)化和結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系提供了信息；( 5 )解決了基于β-sheet的蠶絲材料的一些局限性。 一、絲素蛋白交聯(lián)方式 （1）β-sheet 物理交聯(lián)是一種大量促進(jìn)蠶絲凝膠化的機(jī)制，可以在沒(méi)有對(duì)絲素蛋白聚合物鏈進(jìn)行化學(xué)修飾或使用化學(xué)交聯(lián)劑的情況下進(jìn)行。然而，雖然物理交聯(lián)的水凝膠在許多應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了實(shí)用性，但其不透明性、脆性以及降解緩慢限制了細(xì)胞重塑其微環(huán)境的能力。 （2）雙酪氨酸交聯(lián) ①酶介導(dǎo)的雙酪氨酸交聯(lián) 交聯(lián)機(jī)理是在H2O2存在下產(chǎn)生強(qiáng)氧化性物質(zhì)，將蠶絲聚合物鏈上的酪氨酸殘基氧化為酪氨酸自由基，然后兩個(gè)酪氨酸自由基耦合形成共價(jià)雙酪氨酸鍵。一項(xiàng)研究表明，與物理交聯(lián)的對(duì)應(yīng)物不同，HRP/H2O2交聯(lián)的水凝膠是透明的和高彈性的，具有高抗疲勞性(在70 %以上的壓縮應(yīng)變下具有最小的滯后)，已被廣泛用于開(kāi)發(fā)各種蠶絲基材料，包括用于細(xì)胞生長(zhǎng)的基質(zhì)、微流體裝置、電子器件中綠色發(fā)光二極管( LED )的透鏡以及用于藥物傳遞和傳感應(yīng)用的刺激響應(yīng)材料。 研究證實(shí)HRP/H2O2水凝膠微流控平臺(tái)在組織工程、再生醫(yī)學(xué)和藥物開(kāi)發(fā)應(yīng)用中比傳統(tǒng)的基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )的微流控具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的PDMS不同，絲素水凝膠微流控器件在溫和的水相條件下可生物降解和加工，支持細(xì)胞的摻入而生物分子不僅存在于微流控通道中，也存在于塊體材料中。 ②Fenton反應(yīng)介導(dǎo)雙酪氨酸交聯(lián) 通過(guò)芬頓反應(yīng)制備的絲素水凝膠在2019年首次被報(bào)道，目的是避免二酪氨酸交聯(lián)的水凝膠在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用時(shí)對(duì)HRP的潛在免疫反應(yīng)。最近，通過(guò)引入吸附Fe (Ⅲ)的殼聚糖顆粒，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Fe (Ⅲ)與蠶絲相互作用的控制，從而控制了β-sheet和二酪氨酸鍵的形成。使用該方法并加入EDTA，增加了DOPA的形成，探索水凝膠在組織粘附中的潛在應(yīng)用。 ③光引發(fā)的雙酪氨酸交聯(lián) 利用光介導(dǎo)的氧化還原反應(yīng)也可以促進(jìn)雙酪氨酸交聯(lián)，應(yīng)用于心臟補(bǔ)片、真皮填充物和組織粘合劑。光交聯(lián)使蠶絲快速凝膠化(<1 min )，形成光學(xué)透明的凝膠，支持以極高密度(相對(duì)于HRP/H2O2交聯(lián)水凝膠中的最大值250萬(wàn)/ mL , 1500萬(wàn)/m L)包裹細(xì)胞并形成軟骨組織。 核黃素(俗稱維生素)是另一種在蠶絲共價(jià)交聯(lián)的光引發(fā)劑，一種天然存在于我們體內(nèi)的分子，被證明具有細(xì)胞相容性，因此被認(rèn)為非常適用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。核黃素交聯(lián)的蠶絲正在被研究用于組織工程，作為止血材料、眼睛修復(fù)和微針的開(kāi)發(fā)。 （3）結(jié)合雙酪氨酸和β-sheet交聯(lián) 為了進(jìn)一步調(diào)節(jié)蠶絲水凝膠的性能，一些研究將雙酪氨酸交聯(lián)和β-折疊相結(jié)合，以改善蠶絲材料的機(jī)械性能和降解性能。此蠶絲材料已被提出用于一系列應(yīng)用，包括耳鼓替代、組織工程、CO2封存，以及制造新一代分層定義的仿生材料。 （4）甲基丙烯酸酯改性的光交聯(lián) 甲基丙烯酸酯改性的蠶絲用于開(kāi)發(fā)葡萄糖傳感器和"蠶絲折紙"等柔性生物電子器件。例如，使用PEDOT：PSS和甲基丙烯酸化絲膠的復(fù)合墨水作為光刻膠，在甲基丙烯酸化絲素蛋白的基底上共價(jià)連接形成精確的微尺度特征，從而創(chuàng)建柔性、自支撐和導(dǎo)電的器件。 研究證明GMA改性的蠶絲是一種有前途的組織密封劑，在皮膚、肝臟和血管損傷動(dòng)物模型中，當(dāng)使用紫外光原位交聯(lián)時(shí)，LAP存在下的改性蠶絲具有優(yōu)異的止血性能和組織粘附性，可以促進(jìn)大鼠模型中部分厚度傷口的愈合。 二、蠶絲塑化 蠶絲塑化通過(guò)控制水或添加甘油、鈣離子或低分子量蠶絲實(shí)現(xiàn)。甘油和鈣離子提高了蠶絲材料的柔韌性、保濕性和自修復(fù)性能，為蠶絲在多樣化應(yīng)用中的使用創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)，已被廣泛用于開(kāi)發(fā)柔性、可拉伸和自修復(fù)的蠶絲材料，以應(yīng)用于生物塑料、傳感器、可穿戴電極和綠色電池等領(lǐng)域。 （1）蠶絲的甘油塑化 將甘油增塑的電紡蠶絲材料與PEDOT：PSS界面結(jié)合，開(kāi)發(fā)了皮膚上的電生理傳感器。這些電極具有高度的可拉伸性( > 250% )，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗蒸發(fā)性和水蒸氣透過(guò)性，提供了優(yōu)異的心電信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)允許汗液蒸發(fā)過(guò)程中的熱量散失。甘油也被證明可以改善PVA-co-PE短納米纖維在蠶絲膜中的分散性，顯示出開(kāi)發(fā)下一代納米復(fù)合材料的潛力。 （2）蠶絲的鈣離子塑化 鈣離子在蠶絲纖維紡絲、絲素蛋白溶解、蠶絲交聯(lián)和蠶絲材料工程中發(fā)揮著重要而復(fù)雜的作用。研究表明，氯化鈣/甲酸溶劑被證明可以將脫膠蠶絲纖維轉(zhuǎn)化為納米纖維，而不是單個(gè)絲素蛋白分子，保留了在原生纖維中發(fā)現(xiàn)的一定程度的分級(jí)結(jié)構(gòu)。 鈣離子增塑蠶絲材料已發(fā)展成為電子器件、生物可降解瞬態(tài)電池、光學(xué)應(yīng)變片、壓電式力傳感器等領(lǐng)域的合成塑料替代品，以及一系列應(yīng)用在健康監(jiān)測(cè)方面的可穿戴電極。軟、柔性電極在一系列工業(yè)和應(yīng)用中迅速成為關(guān)鍵，包括皮膚和植入式電子、腦機(jī)接口、可穿戴設(shè)備和傳感器、太陽(yáng)能電池和軟機(jī)器人技術(shù)。 【總結(jié)】 蠶絲是來(lái)自大自然的可持續(xù)聚合物，不僅為未來(lái)許多物質(zhì)需求提供了一個(gè)有用的選擇，而且也是可持續(xù)聚合物技術(shù)的一個(gè)模型系統(tǒng)。本文綜述的交聯(lián)和塑化技術(shù)為進(jìn)一步研究化學(xué)結(jié)構(gòu)與降解動(dòng)力學(xué)之間的基礎(chǔ)和應(yīng)用關(guān)系提供了新的機(jī)會(huì)。因此，對(duì)蠶絲的改性與材料穩(wěn)定性、降解壽命和降解產(chǎn)物之間的關(guān)系需要進(jìn)一步探究，與蠶絲基材料的功能使用壽命和長(zhǎng)期可持續(xù)性目標(biāo)相關(guān)聯(lián)。這種基于蠶絲探索的研究可以為未來(lái)聚合物科學(xué)和工程的許多領(lǐng)域提供藍(lán)圖。 【通訊作者簡(jiǎn)介】 Rnjak-Kovacina, J，新南威爾士大學(xué)副教授，專研生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，在心血管研究方面具有卓越成就，特別是心臟貼片的生物工程，用于治療心臟病發(fā)作后受損的心肌。郵箱為j.rnjak-kovacina@unsw.edu.au。 【文章信息】 Hien A. Tran, Trung Thien Hoang, Anton Maraldo, Thanh Nho Do, David L. Kaplan, Khoon S. Lim, Jelena Rnjak-Kovacina, Emerging silk fibroin materials and their applications: New functionality arising from innovations in silk crosslinking,Materials Today, 2023. 原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.03.027 |
回復(fù)此樓» 猜你喜歡
2026 法國(guó)csc 個(gè)人渠道招聘。計(jì)算機(jī)/生物信息/evolution/network優(yōu)先
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
蛋白條帶歪
已經(jīng)有1人回復(fù)
-
生物力學(xué)與組織工程學(xué)論文潤(rùn)色/翻譯怎么收費(fèi)?
已經(jīng)有137人回復(fù)
-
金屬離子與化合物分子對(duì)接
已經(jīng)有1人回復(fù)
-
求助參苓白術(shù)口服液、肥兒口服液，兒康寧糖漿的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)！
已經(jīng)有2人回復(fù)
-
香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院 誠(chéng)聘 研究助理教授 (醫(yī)工結(jié)合/生物信息學(xué)方向)
已經(jīng)有23人回復(fù)
-
26秋季生物學(xué)方向博士申請(qǐng)
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
26秋季生物學(xué)方向博士申請(qǐng)
已經(jīng)有3人回復(fù)
-
生物學(xué)考研調(diào)劑
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
一志愿暨大生物學(xué)290求求調(diào)劑
已經(jīng)有8人回復(fù)
-
廈大309分生物與醫(yī)藥調(diào)劑
已經(jīng)有0人回復(fù)
» 本主題相關(guān)商家推薦: (我也要在這里推廣)
相關(guān)版塊跳轉(zhuǎn)
我要訂閱樓主 醫(yī)用蠶絲科技 的主題更新
| 1 | 1/1 | 返回列表 |
| 最具人氣熱帖推薦 [查看全部] | 作者 | 回/看 | 最后發(fā)表 | |
|---|---|---|---|---|
|
[考研] 322,求調(diào)劑 +3 | 菜菜愛(ài)玩 2026-03-04 | 3/150 |
|
|---|---|---|---|---|
|
|
[考研] 295求調(diào)劑 +5 | 等春來(lái)， 2026-03-04 | 5/250 |
|
|
[考研] 080500材料科學(xué)與工程 +5 | 202114020319 2026-03-03 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 312求調(diào)劑 +3 | 醋精華了一下發(fā)?/a> 2026-03-03 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 學(xué)碩材料275調(diào)劑 +6 | 路三三 2026-03-03 | 6/300 |
|
|
|
[考研]
085600 英一數(shù)二272求調(diào)劑
 5+6
|
vida_a 2026-03-01 | 45/2250 |
|
|
|
[考研] 266求調(diào)劑 +5 | 哇塞王帥 2026-03-03 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 化工專碩調(diào)劑 +4 | 利好利好. 2026-03-03 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 085700資環(huán)求調(diào)劑，初始279，六級(jí)已過(guò)，英語(yǔ)能力強(qiáng) +3 | 085700資環(huán)調(diào)劑 2026-03-03 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 沒(méi)上岸的看過(guò)來(lái) +3 | tangxiaotian 2026-03-01 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 課題組接收材料類調(diào)劑研究生 +6 | gaoxiaoniuma 2026-02-28 | 9/450 |
|
|
|
[考研] 271求調(diào)劑 +4 | Ricardo1113 2026-03-02 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 338求調(diào)劑 +5 | 18162027187 2026-03-02 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 298求調(diào)劑 +10 | 人間唯你是清歡 2026-02-28 | 14/700 |
|
|
|
[考研] 求調(diào)劑 +7 | repeatt?t 2026-02-28 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 285求調(diào)劑 +9 | 滿頭大汗的學(xué)生 2026-02-28 | 9/450 |
|
|
|
[考研] 0856材料求調(diào)劑 +12 | hyf hyf hyf 2026-02-28 | 13/650 |
|
|
|
[考博] 博士自薦 +4 | kkluvs 2026-02-28 | 5/250 |
|
|
|
[碩博家園] 博士自薦 +7 | 科研狗111 2026-02-26 | 11/550 |
|
|
|
[考研] 化工299分求調(diào)劑 一志愿985落榜 +5 | 嘻嘻(*^ω^*) 2026-03-01 | 5/250 |
|