化学助剂优化静电纺角蛋白纳米纤维性能进展

丁姣，赖锐豪，陈文杰，黄素青，尹国强

（仲恺农业工程学院化学化工学院，广东广州510225）

我国每年尚有数以百万吨的动物毛发资源没有得到充分利用，这些废弃物不仅是丰富的蛋白质、氨基酸资源，同时是优良的功能性生物高分子材料[1-2]。动物毛发中含有大量的角蛋白，其提取方法简单、价格低廉，且具有优良的成膜性和生物降解性[3-5]。以羽毛角蛋白为主要原料，制备可降解的功能性薄膜，充分利用废弃资源，减少环境污染、优化人类生存环境以及保证生态可持续发展的同时，创造经济价值。由于角蛋白的生物相容性良好、可降解性强[6-7]，以其制备的功能性薄膜广泛应用于生物医用材料[8-9]。良好的医用材料必须具有较大的比表面积、较高的孔隙率以及孔形态，为细胞增殖、组织生长、氧气及营养物质的运输以及代谢产物的排出提供良好环境[10]。结合静电纺丝技术制备的纳米纤维膜基本满足医用材料结构上的要求，但以纯角蛋白为原料制备的纳米纤维膜脆性大、力学性能差[11]，通常需要添加一定量的化学助剂，以改善角蛋白膜的综合性能，使其更符合生物医用材料的要求。从角蛋白纳米纤维膜的发展研究来说，化学助剂对推进角蛋白纳米纤维膜的应用发展有着密不可分的关系，从初步改善可纺性，到增强材料综合性能，再到增幅材料优势，均与化学助剂息息相关。由此，本文主要介绍了在静电纺丝角蛋白纳米纤维膜的纺制过程中使用的化学助剂种类，并简单分析它们与角蛋白的作用机理以及添加后对角蛋白纳米纤维膜结构和性能的改变。

1 静电纺丝制备角蛋白纳米纤维

静电纺丝机主要是由高压电源、喷射装置和收集装置组成。纺丝过程中，纺丝溶液在高压电场中形成带点射流，并在电场力的作用下高速拉伸，溶剂不断挥发，最后在收集装置上沉积固化，形成纳米级纤维[12]。以纯角蛋白溶液为原料制备的静电纺丝纳米纤维膜脆性大、力学性能差，极大地限制了角蛋白纳米纤维的应用。因此，在实际纺丝中往往需要添加化学助剂配成混合纺丝液，以提高角蛋白纳米纤维膜的综合性能。其中，助纺剂、交联剂可改善角蛋白溶液的可纺性以及复合膜的力学性能和热稳定性能；抗菌剂则可赋予角蛋白膜抗菌抑菌能力。采用天然角蛋白与化学助剂混合配液进行纺丝，一方面克服了纯角蛋白因缺少足够的缠绕和相互作用而无法直接静电纺丝的难题，另一方面则使角蛋白基纳米纤维膜的综合性能得到大幅的改善。

2 化学助剂

化学助剂的加入，成为了采用静电纺丝技术制备角蛋白基纳米纤维膜并得以应用的关键因素。其中，有改善可纺性的助纺剂，有提升综合性能的交联剂，也有增益抑菌性能的抗菌剂。而化学助剂本身的多样性，也使其在优化角蛋白纳米纤维研究中有了更多可能性。以下从相关化学助剂的作用理论和种类进行归纳、总结。

2.1 助纺剂

由于纯角蛋白溶液可纺性差，改善可纺性是制备角蛋白纳米纤维膜的首要关注点，助纺剂的作用必不可少。助纺剂大致可分为亲水性助纺剂和疏水性助纺剂两大类。在改善可纺性的基础上使用亲水性助纺剂可避免有毒有机溶剂的加入，更有利于将角蛋白纳米纤维膜应用在医用等领域；疏水性助纺剂则基于其本身的优良性能使得制备的角蛋白纳米纤维膜增加更多优势，同样值得关注。

2.1.1 亲水性助纺剂

亲水性高分子可与角蛋白中丰富的羟基、氨基等官能团形成分子间和分子内氢键，使角蛋白与助纺剂达到互溶的目的并可有效提高溶液黏度，从而改善角蛋白溶液的可纺性。同时，亲水性助纺剂能渗透到角蛋白高分子的三维空间网络中，削弱分子链之间的氢键等作用力，从而提高膜材料的韧性，改善其力学性能[13]。除此之外，角蛋白具有良好的生物相容性和降解性[14]，而常用于与天然高分子材料混合制备纳米纤维的亲水性高分子如聚环氧乙烷（PEO）、聚乙烯醇（PVA）等具有良好的生物相容性、低毒性、成膜性以及绿色安全等特点，且在使用中以水为溶剂可避免有毒有机溶剂的掺入，因此制备的角蛋白纳米纤维膜仍可保持良好的生物相容性。

Sow[15]研究了人发角蛋白/PEO 纤维膜中两组分含量对膜形貌的影响，研究结果表明，纯蛋白纤维膜的纤维结构上容易聚集大量珠节且纤维粗细不均，形态不佳。添加助纺剂PEO 后，纤维直径逐渐均匀、珠节逐渐减少。当PEO添加量为0.5%时，可获得直径大小均匀、光滑、无珠节的纳米纤维膜。Li等[16]将角蛋白与PEO混合，通过静电纺丝技术制备角蛋白/PEO 纳米纤维膜，当角蛋白/PEO 的比例为10/90、20/80 和30/70 时，其纤维中的珠节数量极少，且相对连续光滑。李佳等[17]同样在角蛋白与PEO比例为30/70时纺得粗细均匀、光滑的纳米纤维膜，并通过检测不同时间的细胞黏附以及生长形态发现，人发角蛋白/PEO 纳米纤维支架具有较好的生物相容性。

He 等[18]通过静电纺丝技术制备鸡毛角蛋白/PVA 纳米纤维膜，并探究了角蛋白与PVA 的不同质量比对纤维膜理化性质的影响。研究表明，当混合纺丝液中PVA 含量增加至60%起，均能纺出无珠节、纤维直径均匀的纳米纤维膜，且纤维膜的韧性有所升高。Choi等[19]通过静电纺丝技术成功制备了人发角蛋白/PVA 复合纳米纤维材料并对其力学性能进行探究。研究结果表明，该复合膜的拉伸强度和弹性模量（19MPa 和272.8MPa）比聚乙烯醇纯纳米纤维膜（10.7MPa 和72.4MPa）明显提高。Wang 等[20]采用静电纺丝技术将PVA 与角蛋白共混制备纳米纤维，并将其植入SD 大鼠体内，研究其生物相容性。结果表明，角蛋白/PVA 纳米纤维具有均匀的纤维结构、适宜的亲水性，纳米纤维与组织相容性好，无系统毒性。

由此可见，PEO 以及PVA 等亲水性助纺剂不仅能有效提高静电纺丝液的可纺性，而且所制得的纳米纤维膜材料有望在生物医用材料、组织工程材料等领域得到良好的应用。

2.1.2 疏水性助纺剂

应用于蛋白基静电纺丝纳米纤维膜制备中的疏水性助纺剂是一类可纺性能好的疏水性高分子，如聚己内酯（PCL）[21]、聚氨酯（PU）[22]、聚乳酸（PLA）[23]、聚酰胺-6（PA-6）[24]等。它们本身具有较好的力学性能和降解性能，但由于缺少细胞识别信号和亲水性的特征，不利于细胞黏附和增殖，无法单独应用在生物医用材料。Wu 等[25]发现在PCL纳米纤维中添加角蛋白可以提高纺丝后的纳米纤维毡的亲水性，进而促进复合纳米纤维毡的细胞粘附和增殖。Wang 等[26]从人发中提取角蛋白与PU共纺并原位固定纳米银粒子，制备了角蛋白/PU/AgNPs纳米纤维复合垫。纳米纤维垫结构均匀，并具有良好的细胞活力和抗菌性能，能促进伤口愈合，有望成为皮肤修复的良好创面敷料材料。由此可见，将疏水性助纺剂与含有丰富生物信号的角蛋白结合纺丝，是目前改善疏水性膜材料中润湿性和生物相容性的重要手段。

但亲水性的蛋白质与疏水性的高聚物在实际操作中相容性差。因此，水溶性蛋白质要与疏水性高分子材料进行共混改性，寻找共溶溶剂最为关键。王魁[21]以甲酸为共溶溶剂，配制角蛋白/PCL/甲酸混合纺丝液，纺出角蛋白/PCL 复合纳米纤维膜。当助纺剂PCL 的含量高于30%时，纺丝液的黏度逐渐增大，电导率相对减少，可纺性变好，在电镜下可见明显纤维结构，纤维均匀性越来越好，纤维间无珠节。Aluigi等[24]以甲酸为溶剂、PA-6为助纺剂，通过静电纺丝技术制备了均匀性好、无相偏聚的羊毛角蛋白/PA-6 共混纳米纤维膜。Edwards等[27]以三氟代乙醇（TFE）为共溶剂，以PCL 为助纺剂，通过静电纺丝技术制备PCL/人发角蛋白纳米纤维膜，同时对这种纳米纤维膜在组织工程、化学结构、水介质中的潜在用途进行了研究，并测定了其与细胞的相容性。生物实验结果表明，该复合材料具有较好的生物相容性，耐水性也有很大提高。这种添加聚合物助剂的角蛋白混合纳米纤维对生物医学和复合材料的发展有一定的促进作用，同时也为组织工程和再生医学的应用提供了新的纳米纤维材料。

然而，寻找共溶溶剂的难度较大，为解决这方面问题，还可以对亲水性蛋白质进行预改性，提高其与疏水性高分子材料的相容性，便于进行混合纺丝。例如，采用采用碘乙酸、碘乙酰胺和2-溴乙胺对还原法提取的角蛋白进行改性，改性后的巯基无法被氧化成稳定的双硫键，从而增加了其在有机溶剂中的溶解性[28-29]。Yuan 等[30]用碘乙酸改性羽毛角蛋白后与3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物（PHBV）相混合，成功纺出PHBV/改性角蛋白纳米纤维膜，并分别利用PHB 解聚酶、胰酶和体外培养小鼠胚胎细胞对纳米纤维支架的生物降解性以及生物相容性进行研究。结果表明，PHBV/改性角蛋白膜比纯PHBV膜湿润性强，有利于细胞在膜上的附着和繁殖。细胞实验也证明了PHBV/改性角蛋白纳米纤维膜的生物相容性良好。

相较之下，添加疏水性助纺剂不仅可以改善角蛋白纺丝溶液的可纺性，而且制备的角蛋白复合纳米纤维膜具有更好的耐水性和吸水渗透性，在未交联的情况下其综合性能已经可以媲美某些已交联的添加亲水性助纺剂的角蛋白纳米纤维膜。因此，提高疏水性助纺剂与角蛋白的相容性仍是今后研究的方向。除了寻找共溶溶剂外，还可以进一步研究角蛋白、疏水性高聚物助纺剂与共溶溶剂间的溶解机理，通过改性的方式提高它们在常用有机溶剂中的溶解度。此外，探究疏水性助纺剂的生物相容性和生物降解性，开拓角蛋白基材料在生物医药领域的应用也是今后研究的热点和发展的趋势。

2.2 交联剂

角蛋白溶液的可纺性差可通过添加助纺剂改善，而角蛋白纤维膜脆性大、综合性能不足的特点同样作为角蛋白膜研究的一个重要支点，为了增强角蛋白膜的综合性能，交联改性也作为区别于助纺剂之外的一个重要手段。交联剂可以将两个或者更多的分子（一般为线型分子）相互键合交联成网络结构的较稳定分子（体型分子）。在制备蛋白基纳米纤维膜材料的过程中，交联剂可以在配制纺丝液时连接特定基团，使角蛋白与角蛋白间、角蛋白与助纺剂间、助纺剂与助纺剂间形成交联桥、交联网络，得到分子量较大、可纺性能较好的纺丝液[31]；也可以通过蒸汽、浸泡等方式使纳米纤维成型的蛋白基膜材料进行交联改性，改善其综合性能。

2.2.1 醛类交联剂

醛类交联剂中的醛羰基可与角蛋白中的羟基、氨基、巯基发生反应，特别是一些双醛类化合物可作为交联桥键合角蛋白和其他高聚物形成交联网络[31]。目前，常用于材料交联改性的醛类交联剂有乙二醛、戊二醛等具有双醛基的有机化合物。双醛基类有机化合物由于其特殊的化学结构被广为用作交联剂，原因是其分子中两个羰基的极化结构使得它容易与某些极性基团发生亲核反应[32]。角蛋白上丰富的羟基和氨基很容易与双醛基类有机化合物中带有正电荷的羰基碳发生反应，进而达到对角蛋白进行交联改性的目的。Lee等[33]以戊二醛为交联剂，采用静电纺丝法制备了具有光学透明性和生物相容性的碳量子点（C-dots）触发光致发光角蛋白/聚乙烯醇（PVA）/C-dots 纳米纤维膜，得到的纤维粗细均匀，并在活细胞环境中表现出生物相容性。Park 等[34]在角蛋白/PVA 混合纺丝液中加入乙二醛溶液，在静电场下制备原位交联角蛋白/PVA 纳米纤维膜，并探究交联剂的用量对纤维膜耐水性能的研究。研究表明，未交联的角蛋白/PVA 纳米纤维极易溶胀，而随着交联剂添加量的增加，交联后的纳米纤维膜表现出良好的耐水性能，当添加量达到12%时，该膜基本能保持原有的纤维结构。交联改性后，交联剂键合人发蛋白和PVA 分子中形成网状结构，纤维形态均匀，力学性能良好，同时具有优异的抗菌活性，为人发角蛋白纳米纤维材料在生物医学领域的应用提供了潜在的前景。戊二醛是一种比较优秀的蛋白质固定剂，广泛应用于生物医学工程、细胞免疫学、医疗卫生等领域。戊二醛交联活性高，反应快，结合量大，产物稳定，对沸水、酸、酶的抵抗力强。戊二醛作为常用的化学交联剂，成本低、交联效率高，可用于交联蛋白质、胶原、明胶和壳聚糖等。Yao 等[35]将静电纺得的人发角蛋白/明胶纳米纤维膜置于50%的戊二醛溶液中进行水蒸气交联后，得到纤维大小均匀，无颗粒的纳米纤维膜。动物实验发现，该膜有促进血管形成、皮肤创面愈合的效果。Giuri等[36]研究了羊毛角蛋白和水滑石纳米复合电纺非织造布，证实了静电纺丝前在每毫克蛋白溶液中加入添加0.4µL的戊二醛，可有效提高角蛋白/HTD 复合纳米纤维膜在生理条件下的稳定性。即使研究如此，但使用戊二醛交联改性仍使材料具有很大的应用风险，原因是戊二醛即使在低浓度下，仍具有较强的细胞毒性，会导致组织硬化，且会影响生物医用材料的与组织的相容性。

传统的醛类交联剂一般是小分子醛，毒性较大且易残留，从而限制了蛋白基纳米纤维膜在生物医药方面的应用。目前，越来越多研究人员制备高分子醛类试剂作为交联剂，以弥补传统醛类交联剂的不足。例如，在淀粉、纤维素等天然高分子材料中引入双醛基团制备稳定性高效果好的双醛淀粉、双醛纤维素。Dou 等[31,37]采用双醛淀粉作为交联剂，对羽毛角蛋白基膜材料进行交联处理。研究表明，双醛淀粉能够与角蛋白形成分子间或分子内键合，形成网状交联结构，改善该角蛋白基膜材料的耐水性能。值得关注的是，由于庞大的双醛淀粉分子不容易到达蛋白质基质中的反应基团或者双醛淀粉与大量亲水基团的增塑反应抵消交联效应的原因，随着双醛淀粉交联剂用量的增加，该角蛋白基膜的抗拉强度和水蒸气透过率呈现先减后增的趋势。相比于低分子醛类，以天然高分子淀粉为原料制备的双醛淀粉毒性大大减弱，双醛淀粉交联后的角蛋白膜结构更致密，透明性更好。结果证明，双醛淀粉诱导交联改善了纳米纤维膜的致密性、相容性和稳定性等性能，扩大了角蛋白纳米纤维膜在生物材料领域的应用。

2.2.2 醚类交联剂

最常用于角蛋白基材料的醚类交联剂是乙二醇二缩水甘油醚（EGDE）和京尼平，其与角蛋白作用后，能使球型角蛋白分子相互之间发生交联形成棒状的角蛋白。棒状角蛋白的形成同样可达到提高其耐水性和可纺性能的目的。Liu 等[38]在角蛋白/PEO混合纺丝液中加入EGDE作为交联剂，当交联剂质量分数为3.73%时，制得角蛋白/PEO 质量比为90/10 的高蛋白含量纳米纤维。实验结果表明，加入交联剂后静电纺丝的角蛋白纳米纤维连续、光滑无珠节，微观形貌良好。交联剂EGDE的加入提高了纳米纤维的疏水性能和结晶度，开辟了制作高含量角蛋白的纳米纤维垫有效途径，对于细胞生长或组织工程尤其有前途。Fan 等[39]采用EDGE 对人发角蛋白纳米纤维膜进行交联。结果表明：人发角蛋白/PEO 混纺比可提高到90/10，极大地改善了天然蛋白质的可纺性。

京尼平是一种优良的天然生物交联剂，可与蛋白质、胶原、明胶和壳聚糖等结合制备各种纳米纤维膜材料。结构上，京尼平是一个环烯醚萜类杂环化合物，其中的羟基、羧基等多个活性官能基团可与氨基发生反应，形成交联网络[40]。与醛类交联剂相比，京尼平物生相容性优异，毒性是戊二醛的万分之一。翟培羽[41]利用京尼平对角蛋白/PEO 纳米纤维进行交联改性，FTIR 表明京尼平成功与角蛋白分子的自由氨基发生了反应。对比交联前后角蛋白/PEO 纳米纤维耐水性的变化发现：京尼平交联时间较短的情况下（12h），纳米纤维浸入水中2天会发生部分溶解的现象；京尼平交联36h，纳米纤维在水中浸泡2天发生轻微的溶胀现象，没有发生溶解。因此，京尼平作为交联剂可有效提高角蛋白/PEO 纳米纤维的耐水性能。Grolik 等[42]用京尼平交联角蛋白/胶原蛋白/壳聚糖混合液，浇注法制备的复合膜力学性能有很大改善，并体现出良好的生物相容性。

2.2.3 其他交联剂

除了以上几类交联剂，还存在有一些其他类型的交联剂，其中如NHS/EDC 复配交联剂——1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺（EDC/NHS）、柠檬酸等较为常用。NHS/EDC 能与蛋白质中的氨基和羧基反应，交联过程中EDC、NHS 不进入胶原基质，而是转变成水溶性的脲衍生物，所以采用NHS/EDC 对膜进行交联改性不会对细胞产生毒副作用[43]。张恒[44]将羊毛角蛋白/PEO纤维膜浸没在NHS/EDC的乙醇/水溶液中进行交联处理。研究发现，经交联后的膜其耐水性有很大提升，溶失率由未交联的90%最后通过交联能够达到了35%左右。拉伸强度由未交联的几乎为0MPa 在交联后可达到0.6～1.8MPa。Ding等[45]利用柠檬酸蒸汽交联改性羽毛角蛋白/PVA/PEO复合纳米纤维。结果表明，通过柠檬酸交联改性后，羽毛角蛋白/PVA/PEO 复合纳米纤维的耐水性和力学性能有明显的提高。其中，柠檬酸蒸汽交联12h 后的羽毛角蛋白/PVA/PEO 纳米纤维的抗拉强度、断裂伸长率和接触角分别是交联前的4.5倍、3.7倍和2.5倍。

良好的交联剂应具有对蛋白质的交联度高、生成的物质单一、不影响蛋白质的活性、生物相容性好等特点，但是现阶段应用的交联剂都不能完全符合上述全部要求。醛类交联剂中常用的戊二醛价格低廉、活性高、反应速度快，反应后的物质对蛋白质的精密结构没有影响，但戊二醛交联过程不易控制，并且具有细胞毒性，不适宜生物医用材料的制备。EGDE 是一种环氧化合物，与蛋白质的羧基、氨基、羟基等发生反应产生共价键实现交联，具有低黏度、高活性和低挥发性等特点。相比之下，京尼平、柠檬酸等作为交联剂最大的优势在于它们是天然环保交联剂，其毒性远远低于醛类等合成类交联剂。

2.3 抗菌剂

向角蛋白基纳米纤维膜增益抑菌抗菌功能是作为其应用在生物医用材料的一项优势，而添加抗菌剂则作为常用手段。抗菌剂是一类能够在一定时间内，使某些微生物的的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质[46]。在静电纺丝角蛋白纳米纤维膜的制备中添加抗菌剂可以赋予其抗菌功能，为其在生物医用材料中的应用提供必要的保障。

目前，应用于角蛋白基纳米纤维膜中的抗菌剂主要以无机系抗菌剂为主，如纳米银、氧化锌、二氧化钛等[47-48]。无机抗菌剂微粒在达到纳米尺寸时具有很强的光催化能力，可与微生物细胞中的巯基（—SH）等反应，破坏细胞的正常代谢，从而抑制微生物的生长繁殖，达到抗菌效果，且能持续有效地发挥作用[49]。这些无机抗菌剂微粒具有无毒、抗菌效率高、不产生耐药性等优点，已被广泛应用到抗菌型组织工程材料和药物辅料当中[50]。

纳米银中由于银离子（Ag+或Ag2+）带正电荷，与带负电荷的细胞膜依靠库仑引力相互吸引，紧接与微生物细胞机体中酶蛋白的巯基（—SH）反应，使蛋白质凝固，导致菌体死亡[51]。Wang等[26]以纳米银作为抗菌剂，制备PU/角蛋白/纳米银纳米纤维膜，并研究其抗菌性。抑菌实验结果显示，该膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均有抗菌效果，对金黄色葡萄球菌的抑制能力更强。另外细胞增殖和细胞活性实验也表明了该膜具有良好的抑菌性能。He等[52]采用静电纺丝法制备了纳米银包埋的FK/PVA/PEO抗菌复合纳米纤维膜。结果表明，复合纳米纤维表面光滑无珠。抗菌实验结果表明，纳米银包埋的FK/PVA/PEO纳米纤维对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有抗菌活性。综上所述，嵌入纳米银的角蛋白基复合纳米纤维在生物材料领域具有广泛的应用潜力。

纳米氧化锌、二氧化钛是一种光催化抗菌剂，在光照条件下产生羟基自由基和原子氧。羟基自由基具有强氧化性，将各种有机物（包括有害微生物体内的）氧化分解为CO2和H2O，从而起到抗菌作用[53]。Nasajpour等[54]研制了一种纳米氧化锌/PCL纳米纤维复合膜，并对其抗菌性能进行了分析。研究表明，掺入氧化锌纳米粒子的PCL纳米纤维具有显著的抗牙龈卟啉单胞菌活性。在培养1 天和5 天后，含有质量体积分数为0.5%和1%纳米氧化锌的纳米纤维膜在两段时间内与纯PCL膜相比，均表现出显著的抗菌性能。Ahmed等[55]采用静电纺丝法制备了壳聚糖、聚乙烯醇和氧化锌纳米纤维膜，并在家兔体内进行了伤口愈合实验。结果表明，壳聚糖/PVA/ZnO 纳米纤维膜比壳聚糖/PVA 纳米纤维膜对大肠杆菌、铜绿假单胞菌、枯草杆菌和金黄色葡萄球菌具有更高的抗菌活性、抗氧化能力以及更快的创面愈合速度。因此，此类电纺支架可有效地用于糖尿病创面的敷料，是一种快速愈合糖尿病创面的有效选择。王雪芳等[56]采用静电纺丝技术制备了TiO2/PLA纤维膜。结果表明：纯PLA纳米纤维膜的抗菌性能不明显，但添加TiO2后纳米纤维膜表现出良好的抗菌性能。当TiO2的质量分数为1%时，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别高达92.9%和92.2%。

然而，纳米抗菌颗粒掺入纺丝液中容易引发团聚，从而降低纤维膜材料的抗菌能力。因此，添加具有生物相容性、可降解性等性能的天然抗菌剂逐渐成为纳米纤维改性优化的研究热点。目前，用于改性纳米纤维的天然抗菌剂主要以壳聚糖为代表。壳聚糖是一种应用广泛的天然高分子材料，具有优异的广谱抗菌性、抗感染性、抗肿瘤性、生物性相容性和生物可降解性[57-58]、促进凝血和伤口愈合并促进药物的吸收和减小疤痕等特性[59]，已被深入研究并广泛应用于不同的组织工程领域[60]。除此之外，壳聚糖没有生物毒性，宿主反应较小，长期植入机体内不易引发慢性炎症。壳聚糖分子中含有的大量羟基和氨基可以与角蛋白进行交联和接枝反应。Zhou 等[61]制备了壳聚糖/光效蛋白抗菌支架，微生物抑制试验结果表明，复合纳米纤维垫对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优异的抗菌活性，可用于抗菌包装、组织工程、伤口敷料等。根据上述分析，角蛋白和壳聚糖的结合有望提高复合支架的力学性能和抗菌活性，有利于伤口愈合和皮肤再生。Tan 等[62]在角蛋白溶液中加入不同浓度的壳聚糖形成多孔角蛋白/壳聚糖（KCS）支架，并用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌悬液进行抑菌性能评价。结果表明，多孔角蛋白/壳聚糖支架的抗菌活性随壳聚糖浓度的增加而增大，当壳聚糖浓度大于400µg/mL时，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别达到70%和80%以上，可用于伤口愈合和皮肤再生。Zhao等[63]通过静电纺丝法制备出一种用于伤口敷料的胶原蛋白/壳聚糖电纺纳米纤维膜，对成纤维原细胞的生长无影响，纤维膜没有显示出细胞毒性，表明其具有良好的体外生物相容性；动物实验结果显示出比商用胶原质海绵敷料有更好的伤口愈合效果。

在抗菌剂方面，用无机抗菌剂制备抗菌纳米纤维的研究已经逐渐成熟，同时也暴露了很多问题，影响纳米纤维膜的抗菌性能。因此，开发一些天然抗菌剂通过共混方式掺入到纳米纤维中，或通过接枝的方式在纳米纤维上接枝具有抗菌性能的官能团，赋予它抗菌效果，这将是今后非常具有前景的研究课题之一。

3 结语与展望

角蛋白是一种重要的可再生资源，具有可生物降解、生物相容好、价格低廉等优点，从废弃的毛发中提取丰富的角蛋白制备角蛋白基材料，在保护环境的同时又充分利用了角蛋白资源。而在利用静电纺丝技术制备纳米纤维材料时，纯角蛋白溶液的可纺性、成纤性差，且制备得到的角蛋白纳米材料综合性能不佳。添加化学助剂对其进行改性优化可以大大提高角蛋白纳米纤维的综合性能，此举为开拓角蛋白材料在生物医药和食品包装等领域的应用奠定基础。

目前，在静电纺角蛋白纳米纤维中添加化学助剂的研究已经得到一定的发展，基本上可以纺制出较为满意的纤维膜。今后对这方面的研究主要集中在以下几点：①提高疏水性助纺剂与角蛋白的相容性仍是研究的重点，除了寻找共溶溶剂外，进一步研究共溶机理，通过改性等方式提高其在常用有机溶剂中的溶解度；②开发无毒、生物相容性好的天然交联剂，探究其交联机理，进一步提升角蛋白基纳米纤维材料的综合性能，扩展其应用领域；③探索天然抗菌剂与角蛋白纳米纤维的作用机理，在纳米纤维上研究接枝、改性或共混等引入抑菌性能官能团的方式，赋予角蛋白基纳米材料良好的抗菌效果。