1. 研究目的与意义
蚕丝色泽光鲜 、性能优异 ，具有“纤维皇后”的美誉.近年来 ，源 于蚕丝 的丝蛋 白作为一种天然 、 “绿色”的蛋 白质原料在再生医学和组织工程领域被广泛研究 ，其功能特性和应用领域层 出不穷 #776; J. 丝蛋 白有望同聚乳酸 、胶原等生物材料 比肩 ，发展成为一类重要 的生物医用材料.目前生物医用的蚕 丝蛋 白材 料是 指再 生 丝蛋 白(Regeneratedsilkfibroin，RSF)，它是 由蚕 丝溶解 获 得 的蛋 白质 ，不 同于 通 过基 因表 达 的方法 得 到 的重组 丝蛋 白(Recombinantsilkfibroin).再 生丝 蛋 白的初 生态 通 常为溶 液 形态 ， 将溶剂除去并使用化学和物理改性的方法可以得到薄膜 、多孔支架/海绵 、混杂复合材料等形貌多样 、 性能丰富的材料.本文结合本研究组工作 ，围绕基 于再生丝蛋 白的水凝胶制备 、结构和性能及在生物 医学领域的应用进行概述 ，并对基于再生丝蛋 白的水凝胶的应用前景进行评价和展望.
2. 课题关键问题和重难点
水凝胶的药物控制释放机理通常被认为有 3种 :1)扩散控制释放 ;2)溶胀控制释放 ;3)化学控 制释放.其中，扩散控制释放遵循最简单的菲克定律 J.溶胀控制释放适用于大分子药物，即随着水 凝胶的溶胀过程，它的网孔 寸逐渐扩大 即 ，大分子被释放 ，通常认为，当药物扩散 的过程显著快于 水凝胶溶胀时 ，达到较好的控制释放效果 。
.而化学控制释放则依赖于水凝胶基质的化学反应 ，随着 水解 、酶降解的过程 ，聚合物链断裂 ，水凝胶逐渐溶解，药物被释放 .丝蛋 白分子中含有亲水和疏 水片段 ，同时也有像丝氨酸和酪氨酸这样的功能性氨基酸残基 ，因此有 町能同药物分子发生较强的相 互作川，例如用共价键合实现药物分子的加载 ，而在生物体中，丝蛋白水凝胶在发生溶胀的过程中 伴随着酶对丝蛋白分子的降解 ，溶胀控制释放和化学控制释放同时进行 ，呵能达到较好 的药物控制释放效果
3. 国内外研究现状（文献综述）
天然蚕丝的获得需经过家蚕的生长成熟、吐丝结茧和人工剥茧抽丝.家蚕茧是具有多层网状结构的 纤 维 复 合 材 料 ，由 蚕 茧 直 接 得 到 的 生 丝 包 含 质 量 分 数 约 为 75% 的 丝 蛋 白和 25% 的 丝 胶 蛋 白.生 丝 首 先要除去丝胶蛋 白才能得到纯净的丝蛋 白，实验室采用 的脱胶方法是将蚕茧置于一定浓度 的NaHCO， 或 NaCO 溶液 中煮沸 ，溶解丝胶 ，不同实验室对脱胶过程参数 (如 时间和浓度 )选取不同，通常煮沸 时间不可过长 ，以避免弱碱性环境对丝纤维产生的影响 3j.现在使用最多的溶解丝纤维的方法是将其 溶 解 于 40—60 C ，9.3 mol/L 的 溴 化 锂 溶 液 中 ，所 得 溶 液 经 过 滤 、透 析 、离 心 及 浓 缩 等 步 骤 后 即 可 成 为 不同浓度的丝蛋白水溶液 .人们通过对比不同的溶解体系，包括溴化锂、氯化钙三元体系、离子液体等，研究丝纤维的溶解 和水溶液 的制备 ]，期望能够还原蚕或蜘蛛丝腺体中的纺丝原液 中的分子结构 和流变性质.虽然离子 液体溶解丝纤维可以得到更高储能模量的、机械性能更接近纺丝原液的溶液 ，且丝蛋 白分子在离子 液体 中呈稳定的无规构象 ，在很长时间内不会发生 自发的构象转变而形成凝胶 .但如何进一步将溶 剂由离子液体置换为水成为难题 ，Silva等 利用离子液体 [bmim][Ac]制备出了甲壳素/丝素共混水 凝胶 ，离子液体可以达到将丝素和 甲壳素同时溶解的 目的 ，制备出的水凝胶呈现出多孔分层且联通性较好的结构.相比于溴化锂体系，氯化钙三元体系溶解后得到的丝蛋 白溶液中丝素蛋 白的分子量相应 小一些，分子量分布较宽 .然而，目前仍然缺乏一种成本低廉、溶解方便、并可能适用于大规模生产 的丝蛋白水溶液制备方法.
4. 研究方案
水凝胶的药物控制释放机理通常被认为有 3种 :1)扩散控制释放 ;2)溶胀控制释放 ;3)化学控 制释放.其中，扩散控制释放遵循最简单的菲克定律 J.溶胀控制释放适用于大分子药物，即随着水 凝胶的溶胀过程，它的网孔 寸逐渐扩大 即 ，大分子被释放 ，通常认为，当药物扩散 的过程显著快于 水凝胶溶胀时 ，达到较好的控制释放效果 。
.而化学控制释放则依赖于水凝胶基质的化学反应 ，随着 水解 、酶降解的过程 ，聚合物链断裂 ，水凝胶逐渐溶解，药物被释放 .丝蛋 白分子中含有亲水和疏 水片段 ，同时也有像丝氨酸和酪氨酸这样的功能性氨基酸残基 ，因此有 町能同药物分子发生较强的相 互作川，例如用共价键合实现药物分子的加载 ，而在生物体中，丝蛋白水凝胶在发生溶胀的过程中 伴随着酶对丝蛋白分子的降解 ，溶胀控制释放和化学控制释放同时进行 ，呵能达到较好 的药物控制释。
5. 工作计划
蚕丝作为一种天然生物材料源远流长 ，近 5O年来 ，人们对于从蚕丝中获取的丝蛋 白进行了更加深 人的研究 ，由此衍生而来 的蛋 白质新材料赋予蚕丝新的活力.通过溶解蚕丝得到丝蛋 白水溶液，再凝 胶化得到丝蛋 白水凝胶 ，其制备过程简便 ，有可能实现规模化生产.此外 ，丝蛋 白水凝胶具有可调控 的 分子结构和机械性能以及优异的生物相容性 ，具有广 阔的生物医学应用前景.再生丝蛋 白水凝胶 的分 子构象可以通过物理和化学的方法进行调控 ，其特殊的规整构象 .折叠的性质和含量在很大程度上决 定 了水凝胶的机械性能和生物降解行为 ，从而决定了其应用场合.通过引入其它高分子材料 (例如聚乙 二醇 PEG)和第三 相材料 (例如 羟基磷 灰石 HAP)，再生丝 蛋 白共 混水 凝胶材 料可 以实 现机械性 能 的多 量 级 变 化 ，弹 性 模 量 可 以连 续 从 l0Pa变 化 到 lMPa，如 此 大 范 围 的 调 控 使 其 有 可 能 替 代 从 软 组 织 到 硬组织等一系列性能迥异 的生物组织 ，有望成为一种结构可控、性能可塑的新型组织工程材料.虽然 大量研究表明丝蛋白水凝胶可以作为基质实现多种细胞包括人体干细胞的体外培养和增殖 ，美 国药监 局已经通过再生丝蛋白在生物材料和器械的扩展应用许可 ，然而 ，作为一种 尚未大规模临床应用的组 织工程材料 ，它在生物体内的降解行为 、降解机理仍然有待进一步的研究.我们期待看到丝蛋白水凝 胶的更加广泛的应用 ，特别是医学临床应用 ，以及更加深入的丝蛋 白同生物体内环境相互作用的机理。
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