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蘇州大學(xué)呂強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì) ACS Nano: 基于溶劑替換策略構(gòu)建強(qiáng)韌的絲蛋白納米纖維水凝膠
2022-05-26  來(lái)源：高分子科技

  高晶絲蛋白納米纖維具有穩(wěn)定的β-sheet結(jié)構(gòu)和兩親性，是組織再生和藥物緩釋的合適基質(zhì)和載體。然而，由于絲蛋白納米纖維表面富含負(fù)電荷，電荷斥力導(dǎo)致纖維間難以進(jìn)一步組裝和作用，所獲得的凝膠力學(xué)性能較差，限制了其在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。


 

圖1 通過(guò)溶劑置換法將甲酸替換成水形成高強(qiáng)度絲蛋白水凝膠的過(guò)程

 

  近期，蘇州大學(xué)呂強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在深化絲蛋白納米纖維理解的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有制備方法體系進(jìn)行重構(gòu)，通過(guò)調(diào)整溶劑體系，利用甲酸優(yōu)化納米纖維之間的相互作用，然后將甲酸和水相互置換，在水相體系保留并固定絲蛋白納米纖維的相互作用，制備高強(qiáng)度絲蛋白納米纖維水凝膠（圖1）。水凝膠高強(qiáng)高韌，能夠承受各種形式的變形（圖2），其力學(xué)強(qiáng)度、模量和韌性分別達(dá)到 1.55±0.06 MPa、5.88±0.82 MPa和0.85±0.03 MJ m-3（圖3），相比于文獻(xiàn)中其他方法制備的絲蛋白水凝膠力學(xué)性能顯著提升。納米纖維水凝膠在保持良好生物相容性的基礎(chǔ)上，可通過(guò)改變水凝膠的模量主動(dòng)調(diào)控干細(xì)胞的粘附和增殖行為（圖4），優(yōu)化其誘導(dǎo)干細(xì)胞成骨分化的能力（圖5），在生物工程方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。


 

圖2 高強(qiáng)度絲蛋白納米纖維水凝膠的表征

 

 

圖3 絲蛋白水凝膠的力學(xué)性能表征


 

圖4 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在絲蛋白水凝膠上的增殖情況


 

圖5 絲蛋白納米纖維水凝膠調(diào)控骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化的結(jié)果

 

  這項(xiàng)研究以高晶絲蛋白納米纖維為基元，采用溶劑置換的方法制備高強(qiáng)度絲蛋白納米纖維水凝膠，并評(píng)估了其理化性能和生物相容性，是絲蛋白材料研究的新嘗試，為制備天然高強(qiáng)度水凝膠提供了新的方法。該工作以“Engineered Tough Silk Hydrogels through Assembling β-Sheet Rich Nanofibers Based on a Solvent Replacement Strategy”為題發(fā)表在《ACS Nano》上（DOI: 10.1021/acsnano.2c01616）。文章第一作者是蘇州大學(xué)博士生張?bào)沆剑?/span>通訊作者是蘇州大學(xué)呂強(qiáng)教授。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃戰(zhàn)略國(guó)合專項(xiàng)的支持。

 

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/10.1021/acsnano.2c01616

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（責(zé)任編輯：xu）
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