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交联改性丝素蛋白可降解膜材料的制备及药物释放研究

王芋骁  
【摘要】:丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白,具有良好的生物相容性和机械性能,在组织工程领域显示出巨大的应用价值。随着对丝素的深入研究,丝素蛋白在生物医学领域的应用显示出巨大的潜力,制备结构可调控的丝素材料,用来满足生物医学实际应用的需要逐步成为研究重点,采用交联方法对丝素蛋白材料进行改性是调节丝素蛋白材料结构性能的重要方法。 本文先选用小分子交联剂——戊二醛,以溶液浇注法制备交联改性丝素蛋白薄膜,利用傅里叶红外光谱(FTIR)、差示扫描量热(DSC)和X-射线衍谢(XRD)分析薄膜材料结构和形态的变化对其力学性能和溶解性的影响,并以罗丹明B为模型药物构建药物缓释体系,分析罗丹明B从交联薄膜的释放动力学。结果显示,戊二醛交联引起薄膜材料中丝素蛋白由无规卷曲向p-折叠结构的转变和无定型区域丝素肽段相互作用的改变,在不同程度上影响了混合薄膜的力学性能、溶蚀率和药物缓释性能。随着戊二醛含量的增加,丝素蛋白交联膜的拉伸强度和断裂延长率先增加后减小,在戊二醛用量为7.5%附近出现最大值。添加戊二醛提高丝素蛋白薄膜在水中的稳定性,极大减少了药物模型分子罗丹明B的爆释现象,在戊二醛交联丝素薄膜药物释放体系中罗丹明B经过短暂的快速释放后持续、缓慢、线性地释放,其释放速率随着戊二醛含量的增加先上升后下降,与丝素蛋白二级结构中p-折叠含量,显示出良好的线性关系。 另选用大分子交联剂——聚乙二醇缩水甘油醚(PGDE)对丝素蛋白进行交联改性制备薄膜材料。结果显示,PGDE对丝素蛋白交联改性能够引起丝素蛋白由无规卷曲向p-折叠结构的转变,并在PGDE时表现出较高的抗拉强度和较低柔软性。另外,交联剂PGDE的加入大大提高了丝素薄膜材料在PBS和酶溶液中的稳定性,降解速率明显减慢,且丝素的降解率随着PGDE用量的增大先下降后上升,在p-折叠含量达到最大值WPGDE=10%时表现出最低的降解速率。而对于在PBS和酶降解作用下的药物释放,罗丹明B的释放速率随PGDE含量的增加逐渐减小,其累积释放速率随时间呈线性增加。罗丹明B从交联膜的释放过程主要为非典型的Fickian扩散,且增加PGDE添加量造成罗丹明B释放常数k的下降和扩散指数nn的增加。罗丹明B从丝素蛋白膜的释放除受到基质溶蚀和降解的因素影响之外,还受控于药物分子扩散、基质溶胀、释放介质的颗粒大小和丝素蛋白材料结晶结构的影响。这对研究丝素蛋白生物医学材料的释放和降解机理、设计和应用提供必要的实验和理论依据。


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