再生丝素蛋白/羟丙基壳聚糖水溶液静电纺丝初探

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丝素蛋白是一种对人体炎症反应很小、生物相容性良好、透水透氧性好的天然材料,但力学性能较脆,而羟丙基壳聚糖是壳聚糖的衍生物,不仅保有壳聚糖优异的广谱抑菌性,且具有更优异的水溶性,为了结合丝素蛋白和羟丙基壳聚糖这两种材料的性能特点开发性能互补或性能更好、应用领域更广泛的新型材料,本论文以再生丝素蛋白和羟丙基壳聚糖为原料形成共混水溶液,探讨了其作为静电纺丝纺丝液的可纺性,并对静电纺丝过程的最佳工艺参数进行了探索。随后在最佳静电纺丝参数下制备出了新型的再生丝素蛋白/羟丙基壳聚糖初生纤维毡并对其用乙醇进行了后处理,通过扫描电镜、拉曼光谱、X-射线衍射及各种性能分析手段研究了初生纤维毡和(或)后处理纤维毡的结构与性能。研究发现,随着羟丙基壳聚糖含量的增多,再生丝素蛋白/羟丙基壳聚糖共混水溶液的表观粘度以及表面张力都略有上升,但相比之下,电导率增加更明显。通过对纺丝电压、接收距离和纺丝液流速等静电纺条件的摸索,发现以羟丙基壳聚糖含量为2%的共混水溶液为纺丝液的较合适的静电纺丝条件为纺丝电压23kV、接收距离10cm和纺丝液流速0.3mL/h。在此条件下制备出了各种羟丙基壳聚糖含量的静电纺纤维毡。对纤维毡的结构与性能分析表明,随着羟丙基壳聚糖含量的增多,静电纺初生纤维直径总体有减小的趋势,形貌由圆柱形纤维居多逐渐变成扁带状纤维居多,但仍以无规卷曲/α-螺旋构象和无定形结构为主。而经乙醇后处理的静电纺再生丝素蛋白/羟丙基壳聚糖纤维与初生纤维相比,p-折叠构象含量和结晶度明显提高,结晶结构以Silk Ⅱ晶型为主。并且,随着羟丙基壳聚糖含量的增多,后处理纤维的p-折叠构象含量、结晶度和力学性能均呈现先提高后下降之趋势,其中羟丙基壳聚糖含量为2%时,对应后处理纤维的p-折叠构象含量相对较高,结晶度达到51.7%,力学性能也较佳,其断裂能、断裂强度和初始模量分别比纯再生丝素蛋白样品提高了104%、126%和150%。此外,对静电纺后处理纤维毡的细胞毒性测试和体外降解实验表明,随着羟丙基壳聚糖含量的增多,纤维毡细胞增殖活性逐渐增强,降解速率有所减缓。相比之下添加了3%羟丙基壳聚糖的静电纺后处理纤维毡对大肠杆菌抑菌性能良好,优于静电纺再生丝素蛋白后处理纤维毡,但对于金黄色葡萄球菌的抑菌性不明显。
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