【摘要】：心臟、血管、神經、肌肉、骨等作為人體重要的組織器官,對人體生命活動起著重要作用,意外創(chuàng)傷、疾病等原因導致的組織缺損和器官病變嚴重威脅人體健康,器官移植是目前最為有效的治療方法,但存在供體嚴重缺乏的問題。因此,尋找更為有效的方法進行組織修復一直是再生醫(yī)學領域的研究熱點。綜合性能優(yōu)異的支架材料是提高組織修復效果的關鍵,絲蛋白(SF)由于具有良好的生物相容性、可降解性、可加工性及優(yōu)良的機械性能,在組織工程領域獲得了廣泛的關注,特別是具有類細胞外基質納米纖維結構的絲蛋白水凝膠正成為組織修復材料新的研究方向。溴化鋰溶絲法是制備絲蛋白溶液的常用方法,然而所制備絲蛋白存在復雜的構象組成和納米結構,難以精確控制。本研究通過溶劑體系的設計,調控溶液中最終絲蛋白的納米結構,獲得非晶態(tài)絲蛋白納米短纖維溶液,為絲蛋白納米纖維水凝膠的制備提供可靠基元。在此基礎上,利用PEG濃縮的方法來提高絲蛋白納米短纖維的濃度,以滿足制備力學性能可控的絲蛋白凝膠的需要。用過氧化氫酶交聯(lián)的方法最終獲得力學性能可調的水凝膠支架材料。通過改變絲蛋白納米短纖維、HRP、H2O2三者在溶液中的濃度,研究了水凝膠支架材料凝膠時間、二級結構、納米結構、力學性能的變化情況。實驗結果表明經PEG濃縮處理后溶液的二級結構并沒有發(fā)生顯著改變,HRP交聯(lián)后絲蛋白的二級結構仍然為以無規(guī)線團為主的亞穩(wěn)態(tài)結構。通過改變絲蛋白納米短纖維、HRP和H2O2三者的比例,能夠實現(xiàn)水凝膠的力學性能在600Pa-20kPa范圍內的可控設計,滿足不同組織修復的力學要求。因此通過絲蛋白結構的控制,利用HRP酶交聯(lián)的方法,我們獲得了力學性能可控范圍更廣,且含有納米纖維結構的絲蛋白水凝膠材料。另一方面,考慮到課題組所制備高結晶絲蛋白納米線負電荷大,可在電場下形成取向結構的特點,將高結晶絲蛋白納米線和非晶態(tài)絲蛋白納米短纖維以不同比例混合,在電場作用下進行HRP交聯(lián),制備內部具有納米纖維取向結構的水凝膠,實現(xiàn)力學性能的進一步提高。結果表明,通過HRP交聯(lián)和電場的共同作用,混合溶液中高結晶絲蛋白納米線在向電源正極發(fā)生定向移動的同時非晶態(tài)絲蛋白納米短纖維發(fā)生交聯(lián)反應,形成一種具有不同力學性能的復合凝膠材料,絲蛋白納米線與納米短纖維溶液的混合比例和電場作用時間的改變能實現(xiàn)靠近電源正極復合電凝膠的力學性能在100 kPa-500kPa范圍內變化,靠近電源負極復合電凝膠的力學性能在50kPa-200kPa范圍內變化。綜上所述,本研究通過HRP酶交聯(lián)和電場的作用成功制備出具有不同納米結構和不同力學性能的水凝膠,以此為基礎通過改變絲蛋白、HRP和H2O2的濃度,混合溶液的比例,電場作用時間等實現(xiàn)了絲蛋白水凝膠力學性能的可調控性和結構的多級有序性。本研究為絲蛋白功能性水凝膠支架材料在組織修復中的應用奠定了一定的材料基礎。
[Abstract]:The heart, the blood vessel, the nerve, the muscle, the bone, as the important tissue and organ of the human body, play an important role in the human life, the tissue defect and organ disease caused by the accidental trauma, the disease and other causes seriously threaten the human health. The organ transplantation is the most effective treatment method at present, but there is a serious shortage of donor. Tissue repair for effective methods has always been a hot topic in the field of regenerative medicine. The scaffolding material with excellent comprehensive performance is the key to improve the effect of tissue repair. Silk protein (SF) has received extensive attention in the field of tissue engineering because of its good biocompatibility, biodegradability, processability and excellent mechanical energy. The silk protein hydrogel with the structure of the extracellular matrix nanofibers is becoming a new research direction in the tissue repair materials. Lithium bromide dissolution is a common method to prepare the silk protein solution. However, the prepared silk protein has complex conformation and nanostructures. The nano structure of the final silk protein in the solution is controlled, and the amorphous silk protein nanofiber solution is obtained, which provides a reliable basis for the preparation of silk protein nanofiber hydrogel. On this basis, the concentration of silk protein nanofibers is improved by PEG concentration method to meet the needs of the preparation of silk protein gel with controllable mechanical properties. The hydrogel scaffold material was finally obtained by the method of catalase crosslinking. The gelation time, the two grade structure, the nano structure and the mechanical properties of the hydrogel scaffold were studied by changing the concentration of the silk protein nanoscale, HRP, and H2O2 three in the solution. The experimental results showed that the solution was dissolved after PEG concentration treatment. The two stage structure of the liquid did not change significantly. The two grade structure of the HRP crosslinked silk protein was still a metastable structure based on the random line. By changing the ratio of silk fibroin nanoscale, HRP and H2O2 three, the controllable design of the mechanical properties of the hydrogel in the 600Pa-20kPa enclosure could be realized to meet the force of different tissue repair. Therefore, through the control of the silk protein structure and using the method of HRP enzyme crosslinking, we obtained the silk protein hydrogel materials with more controllable mechanical properties and nanofiber structure. On the other hand, considering the large negative charge of the nanowires with high crystal protein, the orientation structure can be formed under the electric field. The high crystalline silk protein nanowires and amorphous silk protein nanofibers were mixed in different proportions, and the HRP was crosslinked under the action of the electric field to prepare the hydrogel with nanofiber orientation structure. The results showed that the high crystalline egg in the mixed solution was highly crystallized in the mixed solution through the interaction of HRP and the electric field. The nanowires have a crosslinking reaction to the non crystalline silk protein nanoscale at the same time to the positive pole of the power supply, forming a composite gel with different mechanical properties. The mixing ratio of the silk protein nanowires and the nanofilm solution and the modification of the electric field action time can achieve the compound electrogel near the power cathode. The mechanical properties change within the range of 100 kPa-500kPa, and the mechanical properties of the composite electrogels are changed in the range of 50kPa-200kPa. To sum up, this study successfully prepared the water condensate with different nanostructures and different mechanical properties through the HRP enzyme crosslinking and the effect of the electric field. On this basis, the silk protein, HRP and H were changed. The concentration of 2O2, the proportion of mixed solution and the action time of electric field have realized the regulation of the mechanical properties of the silk protein hydrogel and the multi-level order of the structure. This study laid a certain material foundation for the application of silk protein functional hydrogel scaffold materials in the tissue repair.
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O648.17

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