再生丝素蛋白纤维及其在生物医用材料中的研究进展

吴 惠 英

(苏州经贸职业技术学院 纺织服装与艺术传媒学院，江苏 苏州 215009)

研究与技术

再生丝素蛋白纤维及其在生物医用材料中的研究进展

吴 惠 英

(苏州经贸职业技术学院 纺织服装与艺术传媒学院，江苏 苏州 215009)

天然蚕丝作为纺织纤维在服饰中的应用已有几千年的历史。丝素是蚕丝的主要成分，以其优异的力学性能和良好的生物相容性，在生物领域表现出极大的应用潜力，近年来再生丝素蛋白材料在生物医用材料中的应用得到了国内外研究者的高度重视，尤其是组织工程、伤口敷料、药物缓释等方面。文章综述了丝素蛋白的结构、天然丝素的溶解方法，以及再生丝素蛋白纤维的成形方式，并论述了再生丝素蛋白纤维在生物医用领域的应用现状及前景。

再生丝素蛋白；纤维；结构；制备；生物医用材料；应用

蚕丝是由熟蚕结茧吐丝时所形成的天然蛋白质纤维，用其制作的纺织品深受人们喜爱。近年来，随着科技日新月异的发展，以及对蚕丝结构特征与物化性质认识的不断深入，国内外对于蚕丝的研究应用逐步从传统纺织品向化妆品、光电子、医药等领域延伸[1]。丝素蛋白来源广、成本低，与其他生物医用材料相比(如胶原蛋白、聚乳酸等)，表现出更有利于细胞的黏附和生长[2]，以及更为可控的降解性能和可塑性[3]，对组织无毒、无副作用。降解产物主要为游离氨基酸，在组织工程、药物缓释等领域发挥出巨大的应用潜力，目前已被再生加工成多孔膜、再生纤维、水凝胶等多种形式，成为生物医用材料的理想素材。生物医用材料是用于对生物体进行诊断、治疗、修复、替换病损组织或增进其功能的高技术材料。目前中国及多省份的纺织工业发展规划中均将生物医用材料列为重点发展对象，开发以丝素为基材的高附加值的生物医用材料是蚕丝产品从传统纺织转型升级的重要方向之一。

1 丝素的结构

蚕丝，呈扁平椭圆形，外包的丝胶作为黏结剂把两条截面呈三角形、平均直径约为10 μm的半结晶丝素包裹在一起形成，其中丝胶约占总质量的25%、丝素约占总质量的75%。外部的丝胶基本没有力学性能，可以通过酸、碱、皂液、高温高压、酶处理[4-5]等多种脱胶方式与丝素分离。

丝素相对分子质量很大，主要有C、O、H、N元素，此外还含有K、Ca、Si、Sr、Fe、Cu等元素[6]。丝素的二级结构主要有无规线团、α螺旋、β折叠构象，聚集态结构分为结晶和非结晶区，结晶区均匀地分散在非结晶区中，结晶区又分为silk I和silk II。在silk II中，肽链链段的排列较整齐，相邻链段之间的氢键和分子间引力使它们结合得相当紧密，抵抗外力拉伸的能力强，很难在水中溶解，在酸、碱、盐、酶及热的环境中稳定性较强，沿纤维轴方向高度取向的结晶部分使蚕丝具有很高的强度。而非结晶区中链段排列不整齐，链段与链段之间的结合力相对较弱，抵抗外力拉伸的能力弱，在酸、碱、盐、酶和热的的环境中抵抗力弱，易溶于水，在受到应力作用时会吸收大部分能量而使蚕丝有很高的韧性。

丝素再生利用过程中，可以根据不同的使用目的对再生丝素的形态、结构和性质进行调节，再生丝素的结构对再生丝素材料的性能有决定性作用。再生丝素溶液中丝素呈无规卷曲构象，将溶液干燥固化过程中，丝素的二级结构会发生相应的转变，结构的转变受到干燥速度、环境温度、环境湿度、溶液组成的影响[7]。

2 再生丝素纤维的制备

2.1 丝素的溶解

蚕丝因其内部存在大量氢键，物理化学性能非常稳定，蚕丝再生加工的前提就是丝素的溶解。丝素的溶解过程经历两个阶段：溶剂分子首先渗入到丝素内部、使丝素体积溶胀，继而丝素分子均匀地分散在溶剂中，形成完全溶解的丝素分子分散的均相体系。

2.1.1 无机酸及铜氨溶液溶解丝素

丝素溶解最早的研究始于20世纪30年代，使用较早的溶剂体系有无机酸，例如Ishizaka等[8]用磷酸溶解蚕丝，以及采用铜氨溶液溶解丝素[9]。但实验证明，这类溶剂虽然可以溶解丝素，但对丝素破坏严重，将部分丝素分子降解为小分子肽链，形成的再生丝素蛋白材料几乎没有力学性能。

2.1.2 高浓度中性盐溶液溶解丝素

钙、镁、锂、锌的卤素盐、硝酸盐及硫氰酸盐等中性盐可以实现丝素的溶解。Furuhata等[10]研究了丝素在卤化锂/有机氨溶剂体系中的溶解条件，Matsumoto等[11]以LiBr·H2O-EtOH-H2O作为溶剂溶解丝素制备再生丝素溶液，Um等[12]采用CaCl2-H2O-EtOH溶剂体系溶解丝素。实验表明，这类高浓度的中性盐溶液在加热条件下可以溶解丝素，而且溶解能力和溶解效果都较好，目前最常用的是CaCl2-C2H5OH-H2O三元溶液[13]和溴化锂水溶液[14]，对丝素大分子的破坏作用相对较小。

2.1.3 离子液体溶解丝素

离子液体极性强、不挥发、毒性小、溶解性强、易回收，是近年来新兴的绿色环保型溶剂。Philips等[15]于2004年首次提出了离子液体中阴、阳离子的结构对蚕丝溶解的影响，之后其他学者开始了对离子液体溶解的研究[16-17]，Marsano等[18]、邢铁玲等[19]研究了N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)对丝素的溶解情况，其溶解过程基本不产生废弃物，一定程度上避免了传统溶解工艺的污染问题，被称为“绿色工艺”。

2.1.4 盐/甲酸溶液溶解丝素

上述溶剂在溶解蚕丝的同时极大地破坏了蚕丝的多级结构，如相对分子质量的降解、结晶结构的破坏、原纤结构的消失[20-21]，直接导致再生纤维蛋白材料力学性能差，不能满足实际要求[22-23]。Zhang等[24]近年来发现在低浓度盐/甲酸溶剂体系中，蚕丝会发生视野下的快速溶解，而在扫描电镜下观察到蚕丝的溶解只是有限膨润到纳米原纤水平，这完全不同于传统溶剂溶解的分子水平。

张锋等[25]探讨了如何利用具有纳米原纤结构的再生丝素蛋白溶液获得高力学性能的再生丝素蛋白纤维，明津法等[26]利用该溶液通过调节环境温、湿度及丝素溶液的二级结构制备水凝胶，吴惠英等[27]探讨了静电纺丝、湿法纺丝这两种不同纤维成形条件下，具有纳米原纤结构的再生丝素溶液性质对在再生丝素蛋白纤维重塑的影响。实验表明，采用盐/甲酸溶剂体系溶解丝素，是一种全新、高效的丝素溶解方法，获得的具有纳米原纤结构的再生丝素蛋白溶液，为制备高力学性能的再生丝素材料及其应用提供了前提。

2.2 再生丝素蛋白纤维的成形

2.2.1 干法纺丝

蚕在常温常压下能以水为溶剂，在空气中吐丝形成高强、高韧性的蚕丝纤维，而且纤维的综合性能优于普通合纤，因此，最早是采用干法纺丝技术来进行人工模拟生物纺丝。魏伟等[28]以水为溶剂，以高浓度再生丝素蛋白水溶液为纺丝液[29]，通过调节纺丝液的pH值、金属离子等影响因素，自制毛细管装置，并用干法纺丝方式进行蚕丝的仿生纺丝研究，制备再生丝素蛋白纤维。研究表明，相比传统的干法纺丝装置，此装置结构简单、所需纺丝液少，且适用于多种纺丝液(pH值5.2～6.0)在更大的长径比条件下进行纺丝。再生丝素蛋白的相对分子质量太高、纺丝液的pH值过低及Mg2+的添加都会降低纺丝液的可纺性。然而，干法纺丝要求溶剂黏度高且具有高挥发性，较难实现连续纺丝。

朱晶心等[30]采用甲醇水溶液对干法纺丝形成的再生丝素蛋白纤维进行了后处理。研究表明，甲醇处理后，纤维的光泽度下降，表面粗糙，沿纤维轴向出现细小条纹，纤维模量较高，断裂伸长率较小，脆性大。

Yue等[31]采用CaCl2-FA为溶剂溶解脱胶丝素，采用干法纺丝技术制备再生丝素蛋白纤维，该溶解过程简单、高效，且获得具有纳米原纤结构的纺丝原液。由于纺丝液中纳米原纤的保留，制得的再生丝素蛋白纤维的力学性能有明显提高，且更易于牵伸。当丝素溶液质量分数增加至25%时，再生丝素蛋白纤维的断裂应力可达230 MPa，后牵伸可进一步改善纤维的断裂应力和断裂伸长率，纤维的韧性增强。

2.2.2 湿法纺丝

湿法纺丝，是纺丝原液中的蛋白质大分子重新分布排列的过程，即已经充分伸展或部分伸展的蛋白质大分子链在与溶剂的相互作用下，发生脱水、凝聚及静电聚集的过程，纺丝液与凝固浴发生双扩散现象，使蛋白质的溶解度不断降低，转变为初生纤维，再经进一步拉伸、干燥形成具有一定机械强力的纤维。

湿法纺丝最早出现在20世纪80年代末，Ishizaka等[32]利用磷酸溶解蚕丝并用硫酸铵溶液为凝固浴制备丝素纤维。之后出现了透析再溶进行湿法纺丝的方法，采用硫氰酸锂(LiSCN)等溶剂溶解丝素，溶液透析成膜后再溶解于六氟丙酮(HFA)、六氟异丙醇(HFIP)[33]等溶剂中制成纺丝液，以甲醇、硫酸铵等极性溶剂为凝固剂制备再生丝素蛋白纤维。国内学者邵正中[34-35]课题组以高浓度丝素水溶液为纺丝液，系统研究了纤维的成形机理及纺丝速率、金属离子、pH值、凝固浴等条件对纤维结构的影响，获得了力学性能良好的再生丝素蛋白纤维；左保齐等[36]采用HFIP、LiBr溶解丝素并用乙醇代替毒性更大的甲醇为凝固浴制备再生丝素纤维，并对纤维的生物降解性进行了更好地调控。交联改性[37]、表面活性剂等条件也是影响纺丝液可纺性的因素。

2.2.3 静电纺丝法

静电纺丝技术是高效低耗制备纳米纤维的有效方法，当纤维直径小到微米、纳米级时，纤维具备了孔隙率高、比表面积大的更独特的优势，静电纺纤维被广泛应用到组织工程支架等方面[38-39]。静电纺丝过程中，带电非牛顿流体介质在高压静电场作用下运动，由高压静电场产生的电位差，使高分子溶液克服自身的表面张力、黏弹性力，在喷丝头呈现半球形的液滴，伴随电场强度的继续增加，半球形液滴最终形成Taylor锥。在此过程中，伴随纺丝液中的溶剂挥发，在收集装置上形成了直径在几十纳米到几微米之间的无序三维网状结构。Zarkoob等[40]最先报道了以HFIP为溶剂、静电纺丝技术制备再生丝素蛋白纤维，Hang等[41]还研究了再生丝素/丝胶共混纺丝，并探讨其在生物医用材料方面应用的前景。

3 再生丝素蛋白纤维在生物医用材料中的应用

3.1 伤口敷料

采用静电纺丝方法制备的无序纳米纤维网具有高比表面积、高孔隙率的特性，与天然细胞外基质(ECM)的结构、生物功能相似，常被用作细胞吸附、生长和增殖的基材，人体组织细胞可以在三维网状结构的纤维表面、纤维间黏附、铺展，生长成类似组织结构。研究表明，作为伤口敷料可以明显促进伤口的愈合并自然降解[42]，还可用作高性能过滤材料及移植导管或伤口敷料的生物支架[43]。Min等[44-45]研究了丝素纳米纤维在皮肤敷料中的应用，研究发现，再生丝素蛋白纳米纤维可以有效促进角质化细胞及上皮细胞的增殖，对皮肤创伤修复有一定效果，在丝素蛋白纤维中加入壳聚糖时，还可以起到止血、促使上皮细胞的黏附和增殖的作用。

3.2 人工神经导管

神经损伤导致的神经缺损是临床外科手术面临的一大难题，人工神经导管的研制为神经修复提供了新的选择。Zhang等[46]采用静电纺再生丝素微纳米纤维构建丝蛋白基导管支架，研究表明，丝素能够支持神经细胞的黏附与生长；植入体内后与周围组织相容性好、无毒性；采用丝素蛋白膜导管修复老鼠坐骨神经短距离缺损(10 mm)，修复效果与自体移植方式接近。该支架具有稳定的尺寸性、良好的力学性能和生物相容性，可满足细胞外基质的要求，适合神经类种子细胞的黏附生长[47]，适用于神经组织工程。

3.3 新型载药系统

载药系统主要有药物缓释系统、控释给药系统、经皮给药系统、靶向给药系统等。近年来，载药纤维成为一种新型载药系统[48]进入人们视线。湿法纺丝方法是一种较为成熟的纤维成形工艺，在纺丝液中加入特定药物以共混的形式经湿法纺丝形成载药纤维，已成为近期的研究热点[49]。近年来，研发出多种具有特殊治疗功能的新型载药纤维，如消炎止痛纤维、伤口敷料纤维等。将纤维作为介质进行不同方式的给药，如透皮给药、吸入给药或黏膜给药，通过对纤维内部结构的调控实现药物的缓释或控释，从而降低毒副作用[48]。

再生丝素蛋白在应用于生物医用材料过程中，表现出良好的生物相容性、降解性和可塑性，在制备载药纤维过程中，药物不是黏附或吸附在纤维的表面，而是以一定形式溶解或分散于再生丝素蛋白纺丝液中，药物更容易通过丝素蛋白分解或纤维孔道的扩散实现缓释。通过调整湿法纺丝过程中所选用的纤维材料和成形工艺，可以实现单一或复合给药功能[48]，该方法在生物医用领域表现出巨大的应用潜力。

3.4 人工韧带

在人工韧带的研究过程中，目前主要采用的是三维编织方式，这样可以有效地增加人工韧带材料的力学强度和抗疲劳性。同时，在韧带材料表面注重孔隙大小的控制设计，增加韧带在体内和组织接触的表面积，不但利于细胞和组织的长入，而且对体内营养物质的运输和细胞代谢废物的排除有一定的好处。

丝素作为人工韧带的研究中，最具代表性的是Altman等[50]设计的钢缆式结构，它由脱胶蚕丝以“根-股-束-股-束”的形式制成绳索状的人工前交叉韧带，材料的极限拉伸强度、断裂伸长率与人体前交叉韧带性能相近。

笔者在前期的研究过程中采用CaCl2-FA溶液，在常温条件下快速溶解蚕丝获得再生丝素溶液，通过湿法纺丝方法收集再生丝素蛋白长丝纱成束[51]、并多股长丝纱经2倍后拉伸构建人工前交叉韧带，其断裂强力达(1 540±35) N。为进一步改善人工前交叉韧带的力学性能，后尝试将天然丝素和再生丝素蛋白纤维复合仿真构建人工韧带[52]，在立式锭子编织机上以再生丝素长丝为轴纱、外包天然丝素纤维编织管状结构的织物复合构建人工韧带。研究表明：天然丝素纤维编织层数为9层、编织角度2θ=45°±2°、中间包裹400根再生丝素长丝构建丝素蛋白纤维人工韧带，该韧带材料的断裂强力可达(1 942.6±7.5)N，体外降解实验表明，韧带材料中再生丝素长丝较天然丝素纤维有更快的降解速度，形成不同降解速度，为细胞的长入和组织的再生提供空间。

3.5 骨组织修复

骨组织修复是再生丝素蛋白纤维在组织工程支架中的另一种应用。Li等[53]发现采用静电纺丝方法制备的三维纳米级的丝素纤维可以用来支持人体间充质干细胞的生长，并向成骨细胞分化，对骨的形成有一定的帮助。Kim等[54]将丝素纳米纤维植入到兔子头骨缺损处后发现骨再生。Meinel等[55]研究以多孔丝素蛋白支架材料作为骨再生基质，发现该材料在5周内能够刺激骨组织的提前发育。Wang等[56]、Kweon等[57]以丝素和羟基磷灰石构建的复合材料，可以明显提高骨组织的再生能力，近年来成为骨修复和重建的新型材料。

3.6 人工血管

人工血管是涉及材料工程、生物工程、医学及纺织工程等多学科的研究领域。理想的人工血管支架材料应是有良好的生物相容性、生物可降解性、降解可调节性、较好的血液相容性、抗凝血性能[58]及一定力学性能的三维立体材料，形成一个有利于细胞黏附、生长及增殖的环境。Tamada等[59]将丝素蛋白硫酸化后具有阻止血凝的作用，应用于人工血管的开发上。Lovett等[60]、Yagi等[61]开发丝素/胶原复合材料作为人工血管支架材料的制备，表现出了良好的拉伸强度和抗早期血栓形成的能力。

4 结 语

丝素蛋白是一种天然蛋白质，具有良好的生物相容性、物理机械性能、合适的降解速度，易于再生加工成多种形态，是近年来生物医用材料领域的重点研究对象之一，也是今后组织工程支架材料的理想选择，在组织工程领域将具有很高的潜在应用价值。

[1]CAO T T, ZHANG Y Q. Processing and characterization of silk sericin from Bombyx mori and its application in biomaterials and biomedicines[J]. Materials Science and Engineering C,2016,61:940-952.

[2]THERBER A E, OMENETTO F G, KAPLAN D L. In vivo bioresponse to silk proteins[J]. Biomaterials,2015,71:145-157.

[3]ZHANG Q, WANG N, HU Q Q, et al. Wet spinning of Bletilla striata polysaccharide/silk fibroin hybrid fibers[J]. Materials Letters,2015,161:576-579.

[4]周小进,董雪.不同脱胶方法对蚕丝性能的影响分析[J].针织工业,2013(4):44-48. ZHOU Xiaojin, DONG Xue. An analysis on the influence of different degumming methods on silk properties[J]. Knitting Industries,2013(4):44-48.

[5]代亚敏,易世雄,邓一民,等.木瓜蛋白酶在非水介质中对蚕丝纤维的脱胶作用[J].丝绸,2014,51(5):11-15. DAI Yamin, YI Shixiong, DENG Yimin, et al. Degumming effect of papain in non-aqueous medium on silk[J]. Journal of Silk,2014,51(5):11-15.

[6]ZHOU L. Effect of metallic ions on silk formation the mulberry silkworm, Bombyx mori[J]. Journal of Physical Chemistry B,2005,109:16937-16945.

[7]李明忠,严灏景.再生丝素的结构及其生物医学应用[J].丝绸,2000(5):37-40. LI Mingzhong, YAN Haojing. Structure and biomedicinal application of regenerated fibroin[J]. Journal of Silk,2000(5):37-40.

[8]ISHIZAKA H W Y, ISHIDA K, FUKUMOTOTOSERIC O. Regenerated silk preparated from ortho phosphoric acid solution of fibroin[J]. Nippon Sanshigaku Zasshi,1989,58:87-95.

[9]LOTZ B, CESARI F C. The chemical structure and the crystalline structure of bombyx mori silk fibroin[J]. Biochimie,1973,61(2):208-214.

[10]FURUHATA K I, OKADA A, CHEN Y, et al. Dissolution of silk fibroin in lithium halide/organic amide solvent systems[J]. Polymer,1994,63(4):315-322.

[11]MATSUMOTO K, UEJIMA H, IWASAKE T, et al. Studies on regenerated protein fiber 3: production of regenerated silk fibroin fiber by the self-dialyzing wet spinning method[J]. Journal of Applied Polymer Science,1996,60:503-511.

[12]UM I C, KWEON H Y, PARK Y H, et al. Structural characteristic and properties of the regenerated silk fibroin prepared from formic acid[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2001,29:91-97.

[13]SIONKOWSKA A, LEWANDOWSKA K, MICHALSKA M, et al. Characterization of silk fibroin 3D composites modified by collagen[J]. Journal of Molecular Liquids,2016,215:323-327.

[14]LV X G, LI Z, CHEN S Y, et al. Structural and functional evaluation of oxygenating keratin/silk fibroin scaffold and initial assessment of their potential for urethral tissue engineering[J]. Biomaterials,2016,84(4):99-110.

[15]PHILIPS D M, DRUMMY L F, CONRADY D G, et al. Dissolution and regeneration of bombyyx mori silk fibroin using ionic liquids[J]. Journal of American Chemists Society,2004,126(44):14350-14351.

[16]SILVA S S, POPA W G, GOMES M E, et al. Silk hydrogels from non-mulberry and mulberry silkworm cocoons processed with ionic liquids[J]. Acta Biomaterial,2013,9(11):8972-8982.

[17]LIU X Y, ZHANG C C, XU W L, et al. Blend films of silk fibroin and water-insoluble polyurethane prepared from an ionic liquid[J]. Materials Letters,2011,65(15/16):2489-2491.

[18]MARSANO E, CORSINI P, AROSIO C, et al. Wet spinning of Bombyx mori silk fibroin dissolved in N-methyl morpholine N-oxide and properties of regenerated fibers[J]. Internal Journal of Biological Macromolecules,2005,37:179-188.

[19]邢铁玲,陈国强.NMMO溶剂溶解丝素、纤维素及其混合膜的制备[J].纺织学报,2003,24(6):11-14. XING Tieling, CHEN Guoqiang. Study of solubility of silk fibroin and cellulose NMMO and preparation of the blend films[J]. Journal of Textile Research,2003,24(6):11-14.

[20]HOLLAND C, TERRY A E, PORTER D, et al. Natural and unnatural silks[J]. Polymer,2007,48:3388-3392.

[21]WANG H Y, ZHANG Y Q. Effect of regeneration of liquid silk fibroin on its structure and characterization[J]. Soft Mat,2013,9:138-145.

[22]WANG Q, CHEN Q, YANG Y, et al. Effect of various dissolution systems on the molecular weight of regenerated silk fibroin[J]. Biomacromolecules,2013,14:285-289.

[23]PAN H, ZHANG Y, HANG Y, et al. Significantly reinforced composite fibers electrospun from silk fibroin/carbon nanotube aqueous solutions[J]. Biomacromolecules,2012,13:2859-2867.

[24]ZHANG F, LU Q, ZUO B Q, et al. Silk dissolution and regeneration at the nanofibril scale[J]. Journal of Materials Chemistry B,2014,2:3879-3885.

[25]ZHANG F, LU Q, YUE X X, et al. Regeneration of high-quality silk fibroin fiber by wet spinning from CaCl2-formic acid solvent[J]. Acta Biomaterialia,2015,12:139-145.

[26]MING J F, LIU Z, BIE S Y, et al. Novel silk fibroin films prepared by formic acid/hydroxyapatite dissolution method[J]. Materials Science and Engineering C,2014,37:48-53.

[27]吴惠英,左保齐.氯化钙/甲酸溶剂体系下再生丝素蛋白纤维的制备及性能研究[J].纺织学报,2016,37(2):13-18. WU Huiying, ZUO Baoqi. Preparation and properties of regenerated silk fibroin filaments using CaCl2-formid acid system[J]. Journal of Textile Research,2016,37(2):13-18.

[28]魏伟,张耀鹏,赵瀛梅,等.再生丝素蛋白水溶液的干法纺丝[J].功能高分子学报,2009,22(3):229-236. WEI Wei, ZHANG Yaopeng, ZHAO Yingmei, et al. Dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution[J]. Journal of Functional Polymers,2009,22(3):229-236.

[29]WEI W, ZHANG Y P, ZHAO Y M, et al. Bio-inspired capillary dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution[J]. Materials Science and Engineering C,2011,31:1602-1608.

[30]朱晶心,马彦龙,张耀鹏,等.甲醇处理对再生丝素蛋白干法纺丝纤维结构及性能的影响[J].功能材料,2011,42(3):571-574. ZHU Jingxin, MA Yanlong, ZHANG Yaopeng, et al. Effect of methanol treatment on structure and properties of dry spinning fibers of regenerated silk fibroin[J]. Journal of Functional Materials,2011,42(3):571-574.

[31]YUE X X, ZHANG F, WU H Y, et al. A novel route to prepare dry-spun silk fibers from CaCl2-formic acid solution[J]. Materials Letters,2014,128:175-178.

[32]ISHIZAKA H W Y, ISHIDA K, FUKUMOTOSERIC O. Regenerated silk preparated from ortho phosphoric acid solution of fibroin[J]. Nippon Sanshigaku Zasshi,1989,58:87-95.

[33]MELKE J, MIDHA S, GHOSH S, et al. Silk fibroin as biomaterial for bone tissue engineering[J]. Acta Biomaterialia,2016,31:1-16.

[34]SHAO Z Z, VOLLRATH F. Materials: surprising strength of silkworm silk[J]. Nature,2002,418:741.

[35]LING S J, ZHOU L, ZHOU W, et al. Conformation trasition kinetics and spinnability of regenerates silk fibroin with glycol, glycerol and polyethylene glycol[J]. Materials Letters,2012,81:13-15.

[36]ZUO B Q, WU Z Y. Mechanical and biodegradable properties of regenerated fibroin fibers[J]. Chinese Journal of Clinical Rehabilitation,2006,10(1):168-171.

[37]高艳菲,明津法,邓春闽.再生丝素纤维的湿法纺丝及其交联改性研究[J].丝绸,2012,49(4):10-14. GAO Yanfei, MING Jinfa, DENG Chunmin. Wet spinning of the regenerated silk fibroin fibers and its cross-linking modification research[J]. Journal of Silk,2012,49(4):10-14.

[38]SUN B, LONG Y Z, ZHANG H D, et al. Advances in three-dimensional nanofibrous macrostructures via electrospinning[J]. Progress in Polymer Science,2014,39(5):862-890.

[39]YANG C W, DENG G Y, CHEN W M, et al. A novel electrospun-aligned nanoyarn-reinforced nanofibrous scaffold for tendon tissue engineering[J]. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces,2014,122(1):270-276.

[40]ZARKOOB S. Structure and morphology of regenerated silk nano-fibers produced by electrospinning[J]. Dissertation Abstracts International,1998,59:3473.

[41]HANG Y C, ZHANG Y P, SHAO H L, et al. Electrospinning of regenerated silk fibroin/sericin blend aqueous solutions[J]. Journal of Functional Materials,2010,41(1):108-111.

[42]SACHIKO S, MILIND G, JONATHAN A, et al. Regeneration of Bombyx mori silk by electrospinning-Art 1: processing arameters and geometric properties[J]. Polymer,2003,(44):5721-5727.

[43]居静霞,张幼株,尹桂波.再生丝素纳米纤维的制备及其应用[J].丝绸,2004(7):41-44. JU Jingxia, ZHANG Youzhu, YIN Guibo. Preparation and application about regenerated fibroin nanometer fiber[J]. Journal of Silk,2004(7):41-44.

[44]MIN B M, LEE G, KIM S H, et al. Electrospinning of silk fibroin nanofibers and its effect on the adhesion and spreading of normal human keratinocytes and fibroblasts in vitro[J]. Biomaterials,2004,25(7/8):1289-1297.

[45]MIN B M, JEONG L, NAM Y S, et al. Formation of silk fibroin matrices with different texture and its cellular response to normal human keratinocytes[J]. Int J Biol Macromol,2004,34(5):281-288.

[46]ZHANG F, ZUO B Q, ZHANG H X, et al. Studies of electrospun regenerated SF/TSF nanofibers[J]. Polymer,2009,50:279-285.

[47]QU J, ZHOU D D, XU X J, et al. Optimization of electrospun TSF nanofiber alignment and diameter to promote growth and migration of mesenchymal stem cells[J]. Applied Surface Science,2012,261:320-326.

[48]吴焕岭,申夏夏,朱利民.湿法纺丝技术在新型载药系统中的研究进展与前景分析[J].材料导报,2015,29(7):112-117. WU Huanling, SHEN Xiaxia, ZHU Limin. Research status quo and development tendency of wet spinning technology with application to new drug carrier system[J]. Materials Review,2015,29(7):112-117.

[49]LAVIN D M, ZHANG L, FURBADO S, et al. Effects of protein molecular weight on the intrinsic material properties and release kinetics of wet spun polymeric microfiber delivery systems[J]. Acta Biomater,2013,9(1):4569-4573.

[50]ALTMAN G H, HORAN R L, LU H H, et al. Silk matrix for tissue engineered anterior cruciate ligaments[J]. Biomaterials,2002,23(20):4131-4141.

[51]WU H Y, ZHANG F, YUE X X, et al. Wet-spun silk fibroin scaffold with hierarchical structure for ligament tissue engineering[J]. Materials Letters,2014,135:63-67.

[52]吴惠英,周燕,左保齐.丝素蛋白纤维人工韧带的制备及性能分析[J].丝绸,2016,53(7):41-44. WU Huiying, ZHOU Yan, ZUO Baoqi. Preparation of artificial ligament with silk fibroin and analysis of its property[J]. Journal of Silk,2016,53(7):41-44.

[53]LI C, VEPARI C, JIN H J, et al. Electrospun silk-BMP-2 scaffolds for bone tissue engineering[J]. Biomaterials,2006,27(16):3115-3124.

[54]KIM K H, JEONG L, PARK H N, et al. Biological efficacy of silk fibroin nanofiber membranes for guided bone regeneration[J]. Journal of Biotechnology,2005,120(3):327-339.

[55]MEINEL L, FAJARDO R, HOFMANN S, et al. Silk implants for the healing of critical size bone defects[J]. Bone,2005,37:688-698.

[56]WANG G, YANG H, LI M, et al. The use of silk fibroin/hydroxyapatite composite co-cultured with rabbit bone-marrow stromal cells in the healing of a segmental bone defect[J]. Journal of Bone and Joint Surgery: British Volume,2010,92B:320-325.

[57]KWEON H, LEE K G, CHAE C H, et al. Development of nano-hydroxyalatite graft with silk fibroin scaffold as a new bone substitute[J]. Journal of Oral Maxillofac Surgery,2011,69:1578-1586.

[58]NEREM R M, SELIKTAR D. Vascular tissue engineering[J]. Bioengineer,2001,3:225-243.

[59]TAMADA Y. Sulfation of silk fibroin by chlorosulfonic acid and the anti-coagulant activity[J]. Biomaterials,2004,25(3):377-383.

[60]LOVETT M, ENG G, KLUGE J, et al. Tubular silk scaffolds for small diameter vascular grafts[J]. Organogenesis,2010,6:217-224.

[61]YAGI T, SATO M, NAKAZAWA Y, et al. Preparation of double-raschel knitted silk vascular grafts and evaluation of short-term function in a rat abdominal aorta[J]. Journal of Artificial Organs,2011,14:89-99.

Research progress in regenerated silk fibroin fiber and its application in biomedical materials

WU Huiying

(College of Textile & Art, Suzhou Institute of Trade & Commerce, Suzhou 215009, China)

Ntural silk as a textile fiber has been extensively used in the textile industry for thousands of years. As a main component, silk fibroin shows great application potential in biological field due to its excellent mechanical property and good biocompatibility. Recently, the application of regenerated silk fibroin in biomedical materials (especially tissue engineering, wound dressing and drug controlled-release) has been highly valued by domestic and overseas researchers. In this paper, the structure and dissolving methods of silk fibroin are introduced, and the formation mode of regenerated silk fibroin fibers is also illustrated. The application state and prospect of regenerated silk fibroin fibers in biomedical field are also discussed.

regenerated silk fibroin; fiber; structure; preparation; biomedical materials; application

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.03.002

2016-07-26;

2016-12-30

江苏省应用基础研究计划项目(BK20141207)；中国纺织工业联合会科技指导性项目(2015009)；苏州市科技计划重点产业技术创新项目(SYG201604)

TS102.512

A

1001-7003(2017)03-0006-07 引用页码: 031102