絲膠結(jié)構(gòu)及其改性材料研究進(jìn)展

林楠 左保齊

摘要： 絲膠蛋白原料非常豐富且性能優(yōu)異，如今其在化妝品、食品、醫(yī)藥和生物材料等方面已展現(xiàn)出優(yōu)良的開發(fā)潛能。文章闡述了絲膠蛋白的組成和前人對其結(jié)構(gòu)的研究，介紹了蠶絲絲膠固著原理和絲膠固著工藝目前的進(jìn)展;匯總了對天然絲膠蛋白、絲膠復(fù)合材料、絲膠改性材料和再生絲膠蛋白材料的生物性能的應(yīng)用研究方面的進(jìn)展，并提出了當(dāng)前存在的問題及今后的研究方向，以期能進(jìn)一步應(yīng)用絲膠，將絲膠蛋白變廢為寶，獲得更好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞： 絲膠蛋白;服用;固著整理;生物性能;改性

中圖分類號： TS102.33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 10017003（2020）10003409

引用頁碼： 101107

DOI： 10.3969/j.issn.1001?7003.2020.10.007（篇序）

Research progress of sericin structure and its modified materials

LIN Nan1， ZUO Baoqi1，2

（1.College of Textile and Clothing Engineering， Soochow University， Suzhou 215006， China;2.National Engineering Laboratory for Modern Silk， Suzhou 215123， China）

Abstract：

The sericin raw materials are rich in resource and have excellent performance. Nowadays， sericin has shown great development potential in cosmetics， food， medicine， biomaterials and other aspects. This paper describes the composition of sericin and predecessors studies on its structure， and introduces the principle of sericin fixation and current research progress of sericin fixation. Meanwhile， this paper summarizes the progress in biological application of natural sericin， sericin composite material， sericin modified material and regenerated sericin material， and puts forward the existing problems and future research directions， in order to further apply sericin， turn sericin into a treasure and obtain better social and economic benefits.

Key words：

sericin; wearability; fixation finishing; biological properties; modification

收稿日期： 20200330;

修回日期： 20200915

基金項(xiàng)目：

作者簡介： 林楠（1997），女，碩士研究生，研究方向?yàn)榻z蛋白生物材料。通信作者：左保齊，教授，bqzuo@suda.edu.cn。

蠶絲主要包含絲素和絲膠蛋白，由兩根絲素纖維被絲膠黏合而成。據(jù)報道，世上現(xiàn)存的蠶品種超過4 000個，其中中國就有近千個品種。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，2016年全國生絲的年產(chǎn)量約為16萬t左右，據(jù)此推算絲膠蛋白產(chǎn)量高達(dá)3萬t[1?3]。絲素已被廣泛地用于紡織工業(yè)和醫(yī)學(xué)修復(fù)材料研究，但絲膠在蠶絲脫膠處理過程中一直被當(dāng)作廢棄物。這些廢棄的絲膠降解時會消耗大量的氧，嚴(yán)重污染環(huán)境。如果絲膠蛋白能得到有效利用，不僅可以產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益，也能減少對環(huán)境的危害。

1?絲膠蛋白的結(jié)構(gòu)

1.1?絲膠蛋白的組成

絲膠蛋白主要來自絹絲類昆蟲，由蠶中部絲腺分泌，以鱗狀粒片不規(guī)則地附著于絲素的外圍，占蠶絲質(zhì)量的20%～30%[4?6]，結(jié)繭時有潤滑和膠黏作用，能黏合蠶絲成繭層，繅絲時抱合蠶絲成生絲，增加蠶絲的穩(wěn)定性和彈韌性[7?12]。絲膠中除含少量蠟質(zhì)、色素、碳水化合物和無機(jī)元素外，主要成分是絲膠蛋白（通常稱為絲膠）[13]。絲膠水溶性極好，是一種既能溶解于堿性溶液、又能溶解于酸性溶液的具有兩性性質(zhì)的球狀蛋白，等電點(diǎn)約為3.8～4.5。絲膠相對分子質(zhì)量分布比較寬，從24～400 kDa均有分布。絲膠中含有18種氨基酸，其中含有羥基、羧基的極性氨基酸的含量很高，因此具有極好的親水性。表1為絲膠蛋白的氨基酸組成[14]。

1.2?絲膠的結(jié)構(gòu)

“絲膠由兩種不同的蛋白質(zhì)構(gòu)成”的觀點(diǎn)形成已久，其中1931年金子英雄的“A、B絲膠論”比較普遍地為學(xué)術(shù)界所接受。金子英雄[15]在絲膠溶液中加入其1/2體積的飽和硫酸銨溶液得到沉淀，把該沉淀歸為絲膠A，除去絲膠A后在上層清液中繼續(xù)加飽和硫酸銨，把達(dá)到1/2飽和時的沉淀歸為絲膠B。但之后許多研究者按此法得到A、B膠后，發(fā)現(xiàn)兩種絲膠的氨基酸組成沒有明顯差別，X射線衍射圖、紅外光譜圖也非常相似，逐漸動搖了“A、B絲膠論”的合理性[16]。

小松計一[7，10，17?19]在其研究中指出，絲膠從外至內(nèi)有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四種類型，該論斷是根據(jù)絲膠在熱水中的溶解特征得到的，用紫外吸光度進(jìn)行定量分析，得出Ⅰ︰Ⅱ︰Ⅲ︰Ⅳ=41.0︰38.6︰17.6︰3.1的結(jié)論。其中，絲膠Ⅰ經(jīng)40 min即可溶于熱水，絲膠Ⅱ經(jīng)3 h可溶于熱水，而絲膠Ⅲ、Ⅳ可溶于堿液，絲膠Ⅳ在精煉工藝中還會有殘留，從而使絲織物擁有特殊的風(fēng)格。實(shí)驗(yàn)表明，一分子難溶性絲膠是三分子易溶性絲膠在旋轉(zhuǎn)橢圓體長軸方向的會合體[20]。絲膠Ⅰ是蠶絲最外層、最好溶解的部分，硬而脆;絲膠Ⅱ表面光滑，有光澤、較硬，使纖維具備一定的剛性和抗皺性，其對紫外線有反射性從而減緩真絲泛黃速度，因此適度保留一些絲膠Ⅱ可很好地改善真絲性能;絲膠Ⅲ分子間有少量二硫鍵，但不足以賦予紡織材料足夠的強(qiáng)度，也沒有絲膠Ⅱ的光滑度;絲膠Ⅳ里有較多的蠟質(zhì)，最難去除[10，21]。

絲膠由蠶的中部絹絲腺分泌，后、中、前三區(qū)又分別合成絲膠Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ。絲素蛋白經(jīng)過中部絹絲腺時，構(gòu)成內(nèi)里是液狀絲素、外側(cè)是液狀絲膠的雙層同心圓柱，兩種蛋白質(zhì)相分離而不混合[12]。

關(guān)于絲膠的分子形態(tài)，楊百春等[20]指出“凡絲氨酸、蘇氨酸、擷氨酸、異亮氨酸及朧氨酸含量的加權(quán)值越大，α螺旋含量越少”，所以絲膠Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中這幾種氨基酸的加權(quán)值都接近50%，基本上不含α螺旋結(jié)構(gòu)，而Ⅳ的加權(quán)值只有2737%左右，估計有33%的α螺旋。進(jìn)而用旋光色散和圓二色光譜測定，發(fā)現(xiàn)在195 nm處都沒有出現(xiàn)峰，得出絲膠Ⅳ不含α螺旋結(jié)構(gòu)，只有無規(guī)卷曲和β折疊結(jié)構(gòu)。對于其中的比例，一種說法是絲膠在水溶液中是無規(guī)卷曲和β折疊結(jié)構(gòu)的混合，不同材料測得約含β折疊22.2～35.6 mole%;小松計一[22]則提出根據(jù)圓二色光譜在218 nm處的峰值，越接近絲素內(nèi)層的絲膠中含β折疊結(jié)構(gòu)越多，這一說法在酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ的紅外光譜吸收帶特征中得到了證明。但外層絲膠在濕度等環(huán)境條件影響下容易由無規(guī)卷曲不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)棣抡郫B結(jié)構(gòu)，添加塑化劑、交聯(lián)劑，或?qū)⒔z膠蛋白溶液凍干等可誘導(dǎo)β折疊結(jié)構(gòu)的形成（圖1）[9]。據(jù)推測，絲膠中也許也有結(jié)晶區(qū)[8?9，13，17?18，23?24]。

總體來說，絲膠蛋白中有大量極性氨基酸，親水性極好，大部分是無規(guī)卷曲和α螺旋結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層絲膠中含少量β螺旋結(jié)構(gòu)。這些都與絲素有較明顯的差別，使得人們可以找到適當(dāng)?shù)墓に囎寖烧叻蛛x，雖然要做到完全分離比較困難，但足夠使脫膠后的絲素能夠?yàn)槿祟愃?。近年來，人們對絲膠的組成結(jié)構(gòu)、性質(zhì)功能越來越清晰，環(huán)保意識也有了很大的提高，如何有效地將絲膠蛋白這一天然資源運(yùn)用于絲綢紡織品和生物醫(yī)用領(lǐng)域引起了人們的興趣。

2?服用蠶絲纖維中的絲膠

為了提高繭絲的柔軟度，也減少蛋白變性，傳統(tǒng)絲織品生產(chǎn)工藝對繭絲進(jìn)行精煉工藝以除去絲膠，浪費(fèi)了性能優(yōu)良的絲膠蛋白，還會對環(huán)境產(chǎn)生污染。對繭絲進(jìn)行固膠處理，不僅節(jié)約了材料、降低對環(huán)境的污染，而且可使繭絲具有良好的服用性能，提升產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，發(fā)展生絲新品種[10]。

2.1?絲膠固著原理

絲膠固著即采用物理或化學(xué)方法，使交聯(lián)劑與絲膠分子中的氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)，讓絲膠具有水不溶性，以穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)固著于絲素上，作為絲纖維的一部分在后續(xù)加工中被利用[10，25]。經(jīng)過固膠處理的繭絲，濕熱穩(wěn)定性會提高，與熟絲比更厚實(shí)，蓬松性與耐酸耐堿性也有一定的提高，同時機(jī)械性能增強(qiáng)，伸長率有所增加。生絲經(jīng)過絲膠固著處理，遮蔽了蠶絲原有的光澤、白度和手感等，但由于絲膠的存在，可得到類似于麻和羊毛的纖維，因而固膠處理又稱仿麻或仿毛加工，用以開發(fā)生絲的新品種[26]。織物中絲膠固著率高的生絲含量越多，身骨、剛度的風(fēng)格值越高，相反柔軟度會明顯下降[27]。經(jīng)固膠處理后，伴隨繭絲增重率提升，絲纖維的—CH2—的伸縮振動在2 924.3 cm-1處峰強(qiáng)度也有顯著增加，絲纖維中的β折疊構(gòu)象逐漸減少，α螺旋和無規(guī)卷曲成分上升[28]。

2.2?絲膠固著整理技術(shù)的進(jìn)展

絲膠固著整理常用的化學(xué)藥劑有醛類（如甲醛、戊二醛）、重金屬鹽類（如鉻鹽）、丹寧、合成樹脂（如環(huán)氧樹脂）、氯化三聚氰及二氯三嗪型活性染料、少量二官能性活性染料和氯烴有機(jī)化合物。其中，甲醛、戊二醛、鉻鹽的實(shí)用性最好[27]。

2.2.1?無機(jī)物試劑處理法

利用三價鉻鹽進(jìn)行固膠處理，鉻離子會與絲膠生成絡(luò)合物，再用堿類進(jìn)行膨化處理，可使絲膠難以溶解;六價鉻鹽也可用于固著絲膠，但作用較小，因此常用鉻明礬和氯化鉻等制得堿性鹽使用[26]。也可使絲膠預(yù)先充分吸收丹寧酸，再用鉻酸鹽進(jìn)行處理固著絲膠。生絲膨化后柔軟度提高，但鉻鹽會使絲綢呈現(xiàn)藍(lán)光，故適用于染色物[26]。現(xiàn)有的鉻鹽生產(chǎn)工藝每生產(chǎn)1 t鉻鹽會排出1.0～1.5 t的含鉻危廢，這些廢棄物容易進(jìn)入周圍的土壤、地下水和空氣，帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染，鉻鹽行業(yè)也因此被列入重污染行業(yè)之首[29]。雖然經(jīng)鉻鹽、單寧酸?鉻鹽固著法的蠶絲在使用過程中對人體和環(huán)境沒有影響，但鉻鹽生產(chǎn)過程中的污染至今無法避免。

2.2.2?醛類有機(jī)試劑法

1）甲醛：甲醛能與絲氨酸和酪氨酸的—OH基、精氨酸等的—NH2等官能團(tuán)反應(yīng)，形成亞甲基橋或亞甲基醚橋（在絲膠和絲素分子間架橋結(jié)合）。甲醛處理后，蠶絲的堿溶解度會大幅度減小，若對生絲進(jìn)行甲醛處理，甲醛與絲膠中的—OH、—NH2、—COOH、酚性—OH等各種官能團(tuán)反應(yīng)，絲膠成為難溶性蛋白而固著。與其他方法相比，甲醛固著法的優(yōu)勢在于其不會使蠶絲纖維著色，加工工藝也簡單。然而甲醛是一種對人體肌膚和呼吸道粘膜有刺激，還可能引起癌變的有害化學(xué)品，其在整理加工中不但對操作者有影響，而且整理后的蠶絲在存放和使用時都會分解釋放甲醛，對人體健康有很大的危害[30]。

2）戊二醛（GA）：1978年，日本《纖維加工》[31]提出GA固膠工藝，此法簡單易行，只用GA處理就能使絲膠牢固地固著，固著后的蠶絲有良好的耐酸堿性。但浸漬時間增加，蠶絲會有泛黃現(xiàn)象，因此GA固膠必須要進(jìn)行氧化漂白后處理。針對GA固膠后真絲泛黃的問題，有研究者提出將GA與還原劑并用，對絲膠進(jìn)行固著。比如加入NaHSO3后可有效防止生絲泛黃，并且不會大幅度損傷生絲的力學(xué)性能。研究指出，GA固膠達(dá)到了目前無甲醛整理的最高水平[10]。NaHSO3與GA混用雖然可解決蠶絲在GA中長時間浸泡會泛黃的問題，但同時絲膠的固著效率會下降，且GA有特殊氣味，對呼吸道粘膜、皮膚和眼睛都有刺激。

3）二醛淀粉：此法是用二醛淀粉與硼砂的中性緩沖溶液進(jìn)行固膠處理。由于二醛淀粉鏈節(jié)的雙官能性，可使絲素與絲膠分子間產(chǎn)生交聯(lián)，而使絲膠固著[32]。經(jīng)處理后的真絲很少泛黃，不需要漂白處理即可進(jìn)行后加工，但真絲強(qiáng)度下降，伸長率提高。

2.2.3?其他有機(jī)試劑處理法

1）氯化三聚氰和二氯三嗪系活性染料[26]：用醛類進(jìn)行絲膠固著處理的蠶絲經(jīng)氯化三聚氰和二氯三嗪系活性染料染色后，絲膠的不溶性有所增加，故由此推測，該類活性染料對絲膠能起到固著作用。經(jīng)三聚氰鹽固著絲膠后的絲手感柔軟而蓬松，絲膠固著強(qiáng)度也高。據(jù)推測，是由于絲膠中的—NH2—、—OH與氯化三聚氰本身反應(yīng)而提高了其不溶性。1992年，劉今強(qiáng)等[33]研究發(fā)現(xiàn)二氯三嗪系活性染料的固著作用是由于染料以共價鍵與絲膠大分子間形成了交聯(lián)，該方法可以作為蠶絲絲膠固著和染色一步法新工藝。

2）環(huán)氧化合物[10]：20世紀(jì)70年代后期，國外有大量關(guān)于環(huán)氧化合物固著絲膠的研究。環(huán)氧化合物對絲膠的固著是通過與其活性鏈發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)達(dá)到的，故與活性鏈反應(yīng)越強(qiáng)，對絲膠的固著效果也越好。對環(huán)氧化合物固著絲膠的條件進(jìn)行調(diào)整，可得到外觀風(fēng)格與原生絲無異，且蓬松、耐酸堿的固膠絲[34]。僅用環(huán)氧化合物水溶液處理時反應(yīng)非常緩慢，若加熱或加入催化劑，容易產(chǎn)生副反應(yīng)，使催化反應(yīng)不充分;且環(huán)氧化合物的制作過程復(fù)雜，其性質(zhì)又活潑，與酸堿親核試劑均易發(fā)生反應(yīng)。故用環(huán)氧化合物進(jìn)行固膠處理受到較多條件限制。

3）合成樹脂法[26]：使用尿素甲醛、三聚酰胺醛這樣的熱硬化性樹脂進(jìn)行固膠處理，或者用苯乙烯、丙烯酸酰胺、丙烯氰、丙烯酸酯等進(jìn)行接枝，也可以改變絲膠的溶解性，達(dá)到固著絲膠的目的。

以上的多種固膠法都存有一些缺陷，阻礙它們在實(shí)際工藝中的推廣及應(yīng)用。固膠處理后的絲綢具有較好的耐酸堿性、抗皺性、蓬松性，對其服用性能有很大的影響，賦予絲綢特殊的風(fēng)格。絲膠固著整理由來已久，當(dāng)前較為成熟的工藝包括環(huán)氧樹脂法、戊二醛法等。固膠技術(shù)經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代廣泛的研究后，新技術(shù)的報道鮮有出現(xiàn)，目前應(yīng)用較多的仍舊是傳統(tǒng)固著技術(shù)略加改良。這些固膠方法要獲得較高白度的繭絲要以較低的固膠率作為代價，造成藥品浪費(fèi)、效率降低，往往還需要重添機(jī)器設(shè)備?？傊z膠的固著反映了人們對絲膠在紡織品中利用的重視，但固著方法的完善還有待深入研究。

3?絲膠的生物性能

相比于絲素蛋白，絲膠蛋白機(jī)械性能差、降解快，且一直被當(dāng)作蠶絲免疫原性的主要原因[35?37]，故絲膠蛋白在很長一段時間內(nèi)沒有得到關(guān)注。而對絲膠進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，純絲膠蛋白同絲素蛋白一樣具有極低的免疫原性。隨著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人們需要尋找生物學(xué)性能更好的新材料來替代目前所用的生物醫(yī)用材料。絲膠蛋白因其良好的水溶性、吸濕抗氧化性、低免疫原性、促細(xì)胞增殖能力活性和獨(dú)特的原位熒光性等逐漸成為新型天然材料的研究熱點(diǎn)。

3.1?天然絲膠蛋白

1）吸濕性：絲膠具有良好的吸濕性，能自然成膜，起到類似于肌膚角質(zhì)層中天然保濕因子的作用，防止皮膚起皺[1，13，38]。絲膠蛋白作為化妝品的主要成分在很早就受到關(guān)注。1958年便出現(xiàn)了使用0.1%～1.0%絲膠作為護(hù)發(fā)劑有效成分的專利[39]，之后較長時間未有進(jìn)一步應(yīng)用的報道。日本對于絲膠的研究非?；钴S，2000年左右有大量以絲膠為有效成分的化妝品面世，如潤膚霜、沐浴液、護(hù)發(fā)素等。

2）抗紫外線和抗氧化[1，13，23，38，40?43]：絲膠中的酪氨酸（Tyr）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）等能消除肌體內(nèi)過量的自由基，抵御光線與污染物等對肌膚的損傷，延緩皮膚衰老和防止皺紋出現(xiàn)，使肌膚保持正常狀態(tài)。同時，家蠶繭絲膠蛋白可以整合銅、亞鐵等金屬離子，減少肌膚氧化[44]。

3）低（無）免疫原性：關(guān)于蠶絲免疫原性的爭議一直都存在，絲膠蛋白原先被認(rèn)為是造成蠶絲蛋白生物醫(yī)學(xué)材料高免疫原性的主要因素之一[35?37]，后來的研究發(fā)現(xiàn)蠶絲蛋白生物醫(yī)學(xué)材料免疫原性主要是由絲膠蛋白與絲素蛋白混合使用而產(chǎn)生[14，45?47]。絲素蛋白本身有良好的生物相容性;絲膠由外到內(nèi)越來越難去除，通過堿液溶解蠶絲外層絲膠，得到的絲膠蛋白中絲膠Ⅳ含量很少，因而沒有明顯的細(xì)胞毒性[10]。研究表明蠶絲不致敏、無刺激性或遺傳毒性，體內(nèi)試驗(yàn)中沒有明顯的炎癥反應(yīng)，且無生物毒性[12，38，40，48]。Aramwit P等[49]和Dash R等[50]發(fā)現(xiàn)能識別柞蠶絲膠蛋白的抗體不與蓖麻蠶和桑蠶絲膠蛋白起作用。Bruce P等[45]則發(fā)現(xiàn)純絲膠蛋白不會引起小鼠巨噬細(xì)胞的吞噬，但與絲素蛋白結(jié)合后免疫反應(yīng)增強(qiáng)。這說明絲膠與絲素呈結(jié)合狀態(tài)時，二級結(jié)構(gòu)的改變也會影響其免疫原性。絲膠蛋白在皮膚炎癥反應(yīng)中能夠抑制促炎癥細(xì)胞因子的釋放，含有絲膠蛋白的乳膏就被應(yīng)用于治療尿毒癥引起的慢性皮膚炎癥及角叉菜膠引起的炎癥反應(yīng)[9，51?52]。綜上所述，純絲膠蛋白不但沒有明顯的免疫原性，還能用于抑制少數(shù)炎癥反應(yīng)。

4）促細(xì)胞增殖能力：多項(xiàng)研究表明，絲膠蛋白能在細(xì)胞培養(yǎng)基中代替胎牛血清發(fā)揮營養(yǎng)作用，促進(jìn)細(xì)胞增殖[21]。雖然絲膠蛋白促進(jìn)細(xì)胞增殖的具體機(jī)制還有待于研究，但據(jù)現(xiàn)有的結(jié)果可以歸納為以下三方面。其一是絲膠蛋白中豐富的羧基、氨基、羥基能夠清除內(nèi)環(huán)境中游離的自由基，保護(hù)細(xì)胞膜上的蛋白和脂肪不被氧化，降低細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)[53?54]。其二是從已知的絲膠蛋白基因中發(fā)現(xiàn)了大量重復(fù)的基因序列，而富含絲氨酸的重復(fù)肽段有助于細(xì)胞的早期黏附，提高細(xì)胞存活率[55]。Zheng W等[56]在研究神經(jīng)元體外存活的影響因素時提出了第三個原因，細(xì)胞內(nèi)Bcl?2和Bax蛋白的二聚化是細(xì)胞凋亡的信號之一，絲膠能夠降低神經(jīng)元細(xì)胞凋亡通路中Bcl?2/Bax蛋白的比例，有效提高神經(jīng)細(xì)胞的體外存活率[57?61]。

5）原位熒光性：19世紀(jì)的文獻(xiàn)中已有對蠶繭熒光性的記載。絲膠蛋白具有自熒光性和良好的生物相容性，材料在體內(nèi)試驗(yàn)中會與組織產(chǎn)生持久的相互作用，其在體內(nèi)的分布、轉(zhuǎn)移及降解行為都對應(yīng)著熒光發(fā)色基團(tuán)的信號改變，無須加入有毒有害的熒光染料或標(biāo)記。這種自體熒光特性為可降解生物材料的示蹤與監(jiān)測提供了便利[9，62]。

3.2?改性絲膠蛋白材料

絲膠的力學(xué)性能不佳，對其在組織工程等領(lǐng)域的應(yīng)用大有限制。近年來，為了將絲膠制備成理想的醫(yī)用生物材料，國內(nèi)外學(xué)者們致力于對絲膠進(jìn)行改性。有通過添加化學(xué)交聯(lián)劑與絲膠進(jìn)行交聯(lián)，如使用聚乙二醇二縮水甘油醚[63]、戊二醛[64]等;或與高分子材料復(fù)合進(jìn)行改性，如明膠和絲素等。這些方案能有效地改善絲膠材料的機(jī)械性能，成功制成的絲膠膜、凝膠、支架等各種材料力學(xué)性能較好，在修復(fù)皮膚和骨等組織的應(yīng)用上取得了相應(yīng)進(jìn)展。

1）混合絲膠膜：將絲膠膜用于創(chuàng)傷皮膚的修復(fù)時，材料直接與外界接觸，因此力學(xué)性能與抗菌性是限制絲膠膜發(fā)展的兩大問題。為改善絲膠膜的力學(xué)特性，Zhang H P等[65]在絲膠溶液中添加一定量的甘油，結(jié)果表明絲膠膜在干態(tài)與濕態(tài)下均可以通過調(diào)節(jié)甘油的量來控制絲膠膜的拉伸性能。傅里葉紅外光譜全反射（ATR?FTIR）和熱分析（TGA和DSC）均表明甘油可促進(jìn)絲膠膜形成無定形結(jié)構(gòu)。掃描電鏡（SEM）結(jié)果顯示，甘油占10%時，兩者混合得比較均勻。絲膠膜拉伸性能的改善增加了絲膠基吸水材料應(yīng)用于組織工程的可能性。王雪云等[66]以乙醇處理的絲膠膜作為模板，采用氯化鈣和磷酸氫二鈉溶液交替浸漬，制備絲膠蛋白/羥基磷灰石復(fù)合膜。對該絲膠膜的微觀形貌進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)礦化物能快速在絲膠膜表面生長，且沉積量在一定時間內(nèi)不斷增加，絲膠膜表面的結(jié)晶度也有提高，沉積的礦化物呈龜裂、薄板狀，主要成分為無定形磷酸鈣鹽。細(xì)胞增殖試驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)合膜材料能促進(jìn)MG?63細(xì)胞的增殖與生長。此外，還可以加入抗菌藥物，使其具有清除細(xì)菌、減少創(chuàng)面感染的作用。

2）復(fù)合凝膠：絲膠蛋白中含有多種活性親核基團(tuán)，表現(xiàn)出良好的吸附能力，不僅能吸收傷口多余的分泌物，有助于保持創(chuàng)傷界面的潮濕環(huán)境，為傷口的愈合創(chuàng)造適合的微環(huán)境，還可制備生物吸附劑，用于有效資源的回收利用。楊梅蓉[14]通過將絲膠蛋白溶液和瓊脂糖溶液共混并冷凍干燥，成功地制備了絲膠/瓊脂糖復(fù)合凝膠。該凝膠具有多孔和相互連接的結(jié)構(gòu)，可在傷口界面進(jìn)行氣體交換和吸收傷口滲出物。該共混凝膠有較高的吸水能力，可應(yīng)用在處理多量滲液水平的傷口上。負(fù)載溶菌酶的絲膠/瓊脂糖凝膠具有持續(xù)的溶菌酶釋放能力，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有良好的抗菌能力，并且對小鼠胚胎成纖維細(xì)胞和人胚胎腎細(xì)胞具有優(yōu)異的細(xì)胞相容性。

3）絲膠蛋白水凝膠：絲膠可自然形成凝膠，但該凝膠的力學(xué)性能差，不能用作生物材料，利用化學(xué)修飾可以明顯地提高絲膠凝膠的機(jī)械性能。張思敬等[67]通過在絲膠基質(zhì)上接枝2，5?二硫二脲制備生物吸附劑改性絲膠，對比結(jié)果顯示改性絲膠比蠶絲絲膠對Ag+具有更高的吸附量和更好的吸附選擇性，且此吸附劑可有效再生并循環(huán)使用。張業(yè)順[62]使用結(jié)構(gòu)未遭破壞的天然絲膠蛋白，與戊二醛進(jìn)行交聯(lián)后成功制得純絲膠蛋白水凝膠。該絲膠蛋白水凝膠具有良好的生物相容性，細(xì)胞黏附性、熒光特性、可注射及原位成膠、降解敏感性、高彈性、高孔隙率和維持藥物釋放的性能，可作為遞送細(xì)胞或藥物的多功能平臺。王琳等[68]使用高溫堿液提取絲膠蛋白，使用紫外光激發(fā)甲基丙烯酸酐與絲膠蛋白產(chǎn)生交聯(lián)，制備出的改性水凝膠有良好的生物性能，不僅可以搭載多種細(xì)胞成為生物支架，還可作為藥物載體，并利用其自熒光性監(jiān)測藥物在體內(nèi)的情況。這種絲膠可用微創(chuàng)方式注入人體，原位成膠，修復(fù)受損神經(jīng)，有效減少生物材料植入與取出對生物體的影響，有望解決心梗、外周神經(jīng)損傷等多種醫(yī)學(xué)難題。Kundu B等[69]添加N，N?亞甲基雙丙烯酰胺與絲膠蛋白自然凝膠，得到了具有良好機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，并能很好地吸附成纖維細(xì)胞的水凝膠。Zheng等[56]在絲膠蛋白溶液中添加京尼平，制得有神經(jīng)保護(hù)功能的京尼平?絲膠水凝膠。

4）復(fù)合支架材料：絲膠蛋白滿足組織工程支架要求的無毒、可降解、多孔結(jié)構(gòu)、一定的力學(xué)性能等要求，但與絲素相比，其力學(xué)性能較差，需與其他材料混合使用才能用于支架材料。方艷等[70]利用冷凍干燥法將不同比例的絲膠蛋白、羥基磷灰石、聚己內(nèi)酯混合，制備出絲膠蛋白/羥基磷灰石/聚己內(nèi)酯復(fù)合支架材料。結(jié)果顯示，復(fù)合材料成型效果好，孔隙分布均勻，孔隙率高于50%，絲膠蛋白分子結(jié)構(gòu)無顯著變化，體外細(xì)胞檢驗(yàn)結(jié)果表明該復(fù)合材料有利于細(xì)胞生長。

5）純絲膠凝膠支架：化學(xué)修飾能大幅提高絲膠凝膠的機(jī)械性能，但加入化學(xué)試劑后可能會降低材料的生物相容性，因此減少化學(xué)試劑的使用來制備絲膠材料將是一個重要突破。Zhang H P等[46]用沸水提取的絲膠作為原料，不使用化學(xué)交聯(lián)劑，而是進(jìn)行反復(fù)凍融，制備了一種新型的海綿狀純絲膠凝膠支架材料。通過對制備條件（如絲膠濃度、冷凍時間、冷凍溫度和冷凍解凍次數(shù)等）的控制來調(diào)控支架的生成率，確定了最優(yōu)制備條件，并對不同條件下制得的支架的多孔結(jié)構(gòu)、孔徑大小分布等進(jìn)行了研究，證明不使用其他試劑，單純利用加工方式來調(diào)整絲膠材料的力學(xué)性能是可行的，為開發(fā)實(shí)用性凝膠支架材料建立了基礎(chǔ)。

3.3?再生絲膠蛋白材料

不同于絲素蛋白，絲膠蛋白有較好的親水性，相對分子質(zhì)量較小，經(jīng)脫膠提取后進(jìn)行簡單處理即可用于生物材料的研究。提取后的絲膠蛋白即天然絲膠蛋白，將其用以共混、化學(xué)物理交聯(lián)即得改性絲膠蛋白;天然絲膠蛋白經(jīng)過進(jìn)一步處理可得到再生絲膠蛋白，如冷凍干燥后研磨得到的絲膠粉末，水解后得到更小分子絲膠蛋白等。Deng L X等[71]用堿性蛋白酶水解使用沸水提取的絲膠蛋白，得到不同相對分子質(zhì)量的絲膠溶液，在此基礎(chǔ)上，選擇適當(dāng)相對分子質(zhì)量的水解絲膠蛋白，再與丙烯酸/丙烯酰胺復(fù)合單體進(jìn)行接枝共聚，制備生物降解性良好的酶解絲膠/丙烯酸/丙烯酰胺復(fù)合吸水材料。試驗(yàn)顯示，當(dāng)堿性蛋白酶和絲膠的質(zhì)量比到達(dá)5 mg/g時，該復(fù)合吸水材料的接枝率、吸水率、保水率、降解率均為最優(yōu)。此時經(jīng)冷凍干燥的酶解絲膠/丙烯酸/丙烯酰胺復(fù)合吸水材料對去離子水的吸收倍率可達(dá)到896 g/g，對自來水的吸收倍率達(dá)424 g/g，吸收0.9%NaCl溶液倍率為83 g/g。該研究為再生絲膠蛋白材料的研究提供了新思路，推動了新型絲膠材料的誕生。

絲膠是一種生物學(xué)特性良好的天然球蛋白。天然絲膠蛋白因其良好的吸濕性、抗紫外線和抗氧化能力，在化妝品添加劑方面具備良好的開發(fā)潛能;原位熒光性為可降解生物材料的示蹤與監(jiān)測提供了便利;絲膠蛋白膜可以很好地黏附成纖維細(xì)胞;絲膠/復(fù)合凝膠對小鼠胚胎成纖維細(xì)胞和人胚胎腎細(xì)胞具有優(yōu)異的細(xì)胞相容性;絲膠蛋白復(fù)合支架材料可促進(jìn)細(xì)胞生長;酶解絲膠/丙烯酸/丙烯酰胺復(fù)合吸水材料具備很好的生物降解性。但絲膠的結(jié)構(gòu)決定了其機(jī)械性能較差，通過共混和交聯(lián)方式改善力學(xué)性能仍是目前的主要研究方向。另外，對絲膠蛋白促進(jìn)細(xì)胞增殖的詳細(xì)機(jī)制還需要深入研究，以期為絲膠蛋白材料如何引導(dǎo)其他細(xì)胞行為提供理論依據(jù)。

4?結(jié)論與展望

本文討論了繭絲中絲膠固著整理常用的幾種方法，并對絲膠生物性能的應(yīng)用研究方面的進(jìn)展作了簡要梳理。絲膠蛋白具有極好的親水性，大部分為無規(guī)卷曲和α螺旋結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層絲膠中含少量β螺旋結(jié)構(gòu);絲膠可以通過固膠技術(shù)應(yīng)用于服用紡織品，獲得具有特殊風(fēng)格和性能的絲綢產(chǎn)品;絲膠蛋白具有良好的生物性能，已被用于護(hù)膚品和抗炎癥產(chǎn)品;由絲膠蛋白制成的混合絲膠膜、復(fù)合凝膠、支架材料等顯示出良好的生物相容性和促細(xì)胞增殖能力，很好地促進(jìn)了絲膠在生物材料領(lǐng)域的研究。

雖然絲膠逐漸有了關(guān)注度，然而目前針對絲膠蛋白的研究還不足以支撐臨床應(yīng)用的需求，市面上還沒有成熟的絲膠用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域的產(chǎn)品，絲膠的市場化還需要經(jīng)過細(xì)胞試驗(yàn)、小動物試驗(yàn)、大動物試驗(yàn)、相容性測試、一期臨床試驗(yàn)、二期臨床試驗(yàn)等較長的發(fā)展階段。此外，還可以在以下三個方面進(jìn)行深入探索：1）絲膠蛋白中含有多種雜質(zhì)，不易去除;絲膠Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共占絲膠蛋白約60%，但都較難溶解，提取過程長。如何將絲膠與絲素快速分離，并且要獲得純度較高的絲素和絲膠，從源頭上提高繭絲的利用率，提升原料質(zhì)量。2）目前的研究主要針對較高相對分子質(zhì)量的絲膠蛋白，而紡織工業(yè)廢水中的絲膠蛋白相對分子質(zhì)量較低，如何有效回收紡織工業(yè)廢水中的絲膠蛋白，再利用好這些低相對分子質(zhì)量絲膠蛋白還需要探索。3）絲素蛋白材料的表面形貌與微圖案化對細(xì)胞的增殖和生長有引導(dǎo)作用，深入研究絲膠蛋白材料對細(xì)胞行為的影響有助于提高材料的生物相容性。

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