本文以家蚕茧壳为实验材料,采用多种蚕丝脱胶和丝素纤维溶解的方法,制成不同的丝素纤维、再生液态丝素及其丝素膜,详细研究了蚕丝脱胶方法对丝素纤维结构和机械性能的影响;蚕丝脱胶和纤维溶解方法对再生液态丝素的稳定性、分子质量大小以及再生丝素膜的分子结构和特性的影响。此外,本文对电泳沉积技术进行改良,发明了一种新颖的水凝胶膜制备方法,在自制的电泳沉积装置中将再生液体丝素加工成丝素水凝胶膜(FHM),系统研究了丝素溶液再生方法和电泳沉积条件等对水凝胶膜的形成及其机械性能和结构的影响,并通过体内外实验对这种新型水凝胶膜进行生物安全性评价。此外,本实验还以蚕蛹壳制备的壳聚糖为材料,将上述电泳沉积法略加改变后又成功地制备出了另一种新颖的、光滑、柔软而透明的蛹壳聚糖水凝胶膜(CHM),作者同样对这种凝胶膜进行了机械性能、结构及其生物安全性等相关方面的研究。本文的研究主要涉及以下三个方面:(1)本文以雌性蚕茧的茧壳为实验材料,采用不同蚕丝脱胶和丝素纤维溶解的方法制成了三种丝素纤维和四种类型的再生液态丝素及其丝素膜。三种脱胶方法处理对丝素纤维的影响经热分析和机械性能测试表明,使用常规的碳酸钠溶液脱胶对丝素纤维的影响最大,导致热分解温度降低,比尿素脱胶纤维的下降近7?C,机械性能也显著下降,纤维的断裂应力、断裂能以及伸长率都分别下降为尿素脱胶纤维的63%、38%和55%。强碱性电解水(pH≤11.50)中脱胶对纤维的影响次之,而尿素缓冲液中脱胶则最为温和,获得的纤维热分解温度最高,伸长率能达到45%。SDS-PAGE电泳分析表明,80?C的尿素缓冲液脱胶和25?C的中性盐溴化锂溶液(9.3 M)中溶解可以获得较完整的再生液态丝素,分子质量≥200 kDa,而常规的碳酸钠溶液煮沸脱胶会导致丝素纤维肽链的严重断裂,由此产生的再生液态丝素平均分子质量在85kDa左右。同样碳酸钠脱胶处理获得的丝素纤维无论是使用氯化钙三元溶剂70°C溶解还是9.3M溴化锂溶剂25°C溶解,丝素肽链的断裂程度差异并不明显,这说明再生液体丝素肽链的断裂主要是由碳酸钠溶液脱胶引起的。液体丝素稳定性观察表明,丝素肽链的断裂程度与液态丝素保存的稳定性成正相关。DSC热分析结果证明,丝素膜经甲醇浸渍后发生的β-折叠变化使膜的玻璃化转变温度升高,热分解温度也略有升高,肽链越完整的丝素膜其热分解温度越高。X-射线衍射分析结果说明,经甲醇处理的再生丝素膜的构象具有更强的β化趋势,结晶度也更高。上述试验结果证明,再生丝素的分子结构及其特性与其说是丝素纤维的溶解及其环境条件决定的,倒不如说是蚕丝的脱胶方法及其环境条件决定的。(2)再生液态丝素通常是指丝素纤维通过脱胶、溶解后获得的可以制备成各种形态材料的丝素溶液。这种再生丝素溶液是一种处于亚稳态结构的蛋白,在酸、离子或者其他添加物存在下可以转变成水凝胶。本实验以尿素缓冲液脱胶和9.3m溴化锂溶剂25°c溶解获得的再生液态丝素为实验材料,采用一种新颖的方法在本实验室自制的电泳沉积装置中制备fhm。这种电泳沉积装置由纳米纤维膜以及陶瓷膜隔开,分为上、下两个部分,上面为阴极室,下面为阳极室。在电场作用下,上面阴极室中带负电荷的丝素分子会向阳极室运动,并在运动过程中不断变性,从而在拦截的纳米屏障膜上形成丝素水凝胶膜。本文详细研究了不同电泳条件对fhm表观性能和机械性能的影响,应用红外光谱、xrd、dsc等分析方法研究这种新型材料的结构特性,并通过体内外实验分析了这种新型3d材料的生物学性能特征。实验结果表明,在80vdc直流电压、ph6.55~7.55的tris缓冲液条件下可以制备光滑、半透明、柔软的水凝胶膜,膜的溶胀率达到1054.7%。屏障膜在分子拦截量为10kda时获得的凝胶膜的回收率最高能达到97.4%。光谱分析表明fhm主要是以α-螺旋和β-折叠结构存在。扫描电镜观察反映出水凝胶膜是以直径约为30nm的球状蛋白分子构成,球状丝素蛋白相互串联、编织成多孔的3d网状结构。l-929小鼠成纤维细胞培养结果表明这种丝素水凝胶膜能满足小鼠成纤维细胞的正常生长。初步的小鼠皮下移植实验结果也表明,fhm作为移植体在术后初期会造成轻微炎症反应,但这种炎症组织浸润的情况在术后4周会逐渐减缓,到第6周几乎消失。和对照的假手术组相比,fhm移植组的小鼠血清中tnf-α和il-6水平并无显著性差异,这表明fhm有可能成为一种体内填充的新型3d医用组织工程生物材料。(3)蚕蛹壳中含有33%~44%的甲壳素,可用来生产甲壳素并通过脱乙酰制备壳聚糖。本文以家蚕制种的废弃物—蚕蛹壳为材料,通过脱脂、脱蛋白、脱盐、脱色以及脱乙酰等一系列步骤制备蛹壳聚糖,并将上述改良的电泳沉积方法扩展运用蛹壳聚糖上来制备蚕蛹壳聚糖水凝胶膜(chm)。原装置稍作修改后,内室改为阳极室,外室则相应变为阴极室。在电场作用下,加入到上面阳极室中的带正电荷的壳聚糖分子会不断向阴极室运动,并在拦截的纳米屏障膜上形成chm。接着,本文还研究了不同电泳条件对于chm的表观和机械性能的影响,应用光谱分析等方法研究这种新型3d材料的结构特性,并通过体内和体外实验探索了这种新型材料的生物学性能特征。优化试验结果表明,在60vdc的直流电压和ph8.5的tris缓冲液条件下可以获得光滑、透明、柔软的壳聚糖水凝胶膜。这种水凝胶膜的回收率在通电1小时后能达到81.8%。机械性能测试表明,这种新型水凝胶膜具有良好的机械性能,断裂伸长率高达42.5%。光谱分析表明,chm主要是以i型和ii型结晶结构同时存在。体外溶血试验表明,这种新型材料具有良好的生物相容性,不会破坏红细胞。l-929小鼠成纤维细胞培养结果也显示,这种壳聚糖水凝胶膜能满足细胞的正常生长,且在一定程度上还能促进细胞的生长。小鼠皮下移植实验的初步结果表明,chm作为移植体在术后初期会造成轻微炎症反应,但在第三周chm移植组的炎症细胞数量以及tgf-β1阳性表达量能降到正常水平。和假手术组相比,CHM移植组的小鼠皮肤组织中TNF-α和NF-κB含量水平并无显著性差异。小鼠体内实验说明CHM不会引起严重的炎症反应,有望成为一种人工皮肤、体内移植或者装载细胞的3D医用组织工程材料。综上所述,本文详细研究了蚕丝脱胶和纤维溶解方法对丝素分子结构和特性的影响,在此基础之上,采用改良的电泳沉积法制备了丝素水凝胶膜和蛹壳聚糖水凝胶膜,并系统地研究了这些生物高聚物水凝胶膜的体内外特性。本文的实验结果将对再生丝素蛋白的结构及其特性变化有更深刻的理解;为家蚕丝蛋白和废弃物蚕蛹作为生物材料特别是医用组织工程3D材料等的开发与利用提供新的途径;此外,本文还报道了一种新颖的丝素蛋白和蛹壳聚糖水凝胶膜制备方法,为制备新颖的医用组织工程3D材料奠定了基础。