絲素蛋白粉

絲素蛋白粉

絲素蛋白粉也可稱為絲素蛋白凍乾粉或凍乾絲素蛋白,它是絲素蛋白經凍乾技術製備而成。在套用上可以完美替代絲素蛋白溶液,用於製備不同類型的絲素蛋白材料,而且還可以克服絲素蛋白溶液濃度偏低和不易保存的缺陷,是一種更為理想的製備原料。但是絲素蛋白粉的製備較為困難,需要保持其大分子量和水溶解性優異的優勢,在製備工藝上有一定的困難。

絲素蛋白粉是絲素蛋白的一種形態,在絲素蛋白材料的製備和套用中有著很重要的作用。

概述

蠶絲蠶絲

中文名稱:絲素蛋白粉
別稱:絲素蛋白凍乾粉、凍乾絲素蛋白
英文名稱:Lyophilized Silk Fibroin Powder
原料:蠶絲
形態:多孔蓬鬆態白色固體
分子量:≥200,000道爾頓
套用:組織修復支架、醫藥緩釋載體、物體表面塗層材料、化妝品、保健品

簡介

絲素蛋白是蠶絲的最主要組成部分,約占到整個蠶絲的70-80%,它是一種天然的,無明顯生理活性的纖維性結構蛋白[1-3]。由於其獨特的物理化學性能和生物可降解特性,經處理製備出的絲素蛋白材料已廣泛套用於組織工程 、可降解醫療器械以及保健品、化妝品等領域。
絲素蛋白溶液是製備絲素蛋白生物材料的基本材料,通過添加改性劑或者改變技術工藝,溶液會被製備成各種不同形式的絲素蛋白材料,如膜、纖維、微球、水凝膠等等。但是由於在水溶液中,絲素蛋白主要以無規則線團形式存在,而無規則線團結構並非熱力學上的穩定結構,因此在一定的外界條件下(如溫度變化),無規則結構會自行向穩定的β—摺疊結構轉變,即便在低溫冷藏環境下,溶液中的絲素蛋白也會出現同樣的情況,最終轉變成凝膠態。這樣的特性使得絲素蛋白溶液極易不便保存和運輸,也無法進行大規模的生產和研發,給絲素蛋白的研究和套用帶來了很大的局限性。
絲素蛋白粉是絲素蛋白再經技術處理後,通過冷凍乾燥技術製備出來的絲素蛋白的凍乾態,絲素蛋白粉結構穩定,可溶於水,同時在室溫下能長期保存和運輸,可以完美解決絲素蛋白溶液所帶來的問題。但由於絲素蛋白的分子量很大(≥200,000道爾頓),分子結構易於變化,其凍乾產品也難以通過常規凍乾程式獲得。

性質要求

理想的絲素蛋白粉,應該滿足下列條件:
(1)保持主要的分子結構穩定。絲素蛋白的結構主要有無規則結構、α—螺旋結構和β—摺疊結構,理想的絲素蛋白粉在製備前應主要以無規則結構和α—螺旋結構為主,配置成不同濃度的溶液後,通過外界環境或技術手段變化,誘導結構向穩定的β—摺疊結構轉化,形成穩定的結晶區,為材料提供良好的機械性能和酶降解性,從而製備出各種絲素蛋白成型材料。
(2)不易變質,性質穩定。不同於絲素蛋白溶液,理想的絲素蛋白粉應結構、性質穩定,便於長期保存和運輸,不因外界條件變化產生變質。
(3)維持接近原絲素蛋白的分子量。已有的研究表明,絲素蛋白的分子量在3.6-3.7×105道爾頓,如果經過純化後的絲素蛋白粉分子量過小,則會導致其材料無法達到理想的物理化學性能和既定的材料特性,所以製備出的絲素蛋白粉應儘量接近原絲素蛋白的大分子量(≥2.0×105道爾頓)。
(4)可溶於水,易於配置。絲素蛋白粉應易溶於水,可調配出不同濃度的絲素蛋白水溶液。
(5)無菌無熱源。由於絲素蛋白是一種體內可降解的天然高分子生物材料,所以其套用領域多用於生物體內方面,例如可降解醫療器械或者藥物緩釋載體,這就要求絲素蛋白粉的製備工藝中應包含滅菌和除熱源步驟,從根源上保證絲素蛋白材料的生物安全性。

套用

絲素蛋白粉在絲素蛋白成型材料的製備過程中有著舉足輕重的作用。以絲素蛋白粉替代絲素蛋白溶液,不僅可以解決儲存不易,運輸難的難題,而且可以打破絲素蛋白溶液濃度偏低(≤10%)的瓶頸,隨時調配出附合研發要求的溶液;並且由於其分子量接近原絲素蛋白,所以能夠保證絲素蛋白材料的特性穩定,附合既定要求;由於絲素蛋白粉製備工藝穩定可控,所以這種材料也完全可以滿足大規模生產和研發的需求。
在當前最新的製備技術中,美國Tufts大學(TuftsUniversity)DavidKaplan和蘇州絲美特(Simatech)王曉沁的發明專利將絲素蛋白粉的凍乾製備分為下列幾步:除膠、溶絲、透析/超濾、配液、滅菌和冷凍乾燥,最終可製備出高分子量、高穩定性、無菌無熱源的絲素蛋白粉。

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