絲纖維生物材料課件(PPT 21頁)

1、絲纖維生物材料 單婧主要內容:1.前言2.絲纖維生物材料基本介紹3.研究新進展與新應用4.展望第1頁，共21頁。前言生物材料指對生物體進行診斷、治療和置換損傷組織、器官或增進其功能的材料。發(fā)展歷程： 二十世紀六七十年代 第一代生物材料：惰性生物材料 二十世紀八九十年代 第二代生物材料：生物活性材料 吸收性生物材料 九十年代后期至今 第三代生物材料：細胞和基因激活材料 生物仿生化材料 分子修飾可降解聚合物 第2頁，共21頁。前言發(fā)展趨勢： 第一、二代生物材料 表面改性研究 提高器械性能 延長使用壽命 第三代生物材料 著重研發(fā)含特定生長因子和基因 促進組織再生 組織工程與再生醫(yī)學 組織細胞與可降解

2、材料相結合 進行修復再造治療 納米技術和生物材料相結合 第3頁，共21頁。絲纖維生物材料基本介紹組織工程支架材料基本介紹絲纖維基本結構和性質絲纖維傳統(tǒng)生物應用第4頁，共21頁。絲纖維生物材料基本介紹組織工程支架材料基本介紹 目前為止，選擇合適材料作為細胞生長支架是組織工程研究基礎 基本要求： 良好的生物相容性 良好的表面相容性 足夠的機械強度 材料來源充足，易于加工成型 適度生物降解速率，可被完全吸收或安全排出體外 第5頁，共21頁。絲纖維生物材料基本介紹合成高分子材料，主要是聚乳酸等脂肪族聚酯材料，已得到廣泛應用。 它們在降解性等方面都基本上能滿足支架材料的應用，但在生物相容性和細胞粘附能力

3、方面卻遠不如天然高分子。天然高分子材料或者天然高分子對合成高分子進行改性后的材料用作支架材料便成為理想的途徑之一 膠原等蛋白質與殼聚糖、淀粉、纖維素等倍受關注 缺點：淀粉和纖維素類的成纖成膜性較差，膠原與血蛋白來源日趨緊張，殼聚糖生產的工業(yè)化普及程度尚有待提高 第6頁，共21頁。絲纖維生物材料基本介紹蠶絲基本結構和性質蛋白質聚合體，通常是由專門的腺體上皮細胞生物合成產生分泌物，并存儲在腺體中腔內形成。20 30 的絲膠蛋白和70 80的絲素蛋白以及極少量的色素、碳水化合物等構成。絲膠蛋白：一種高分子量的球蛋白，其分子結構支鏈上親水基含量較高，鏈排列不緊密，故易溶于水、稀酸和稀堿，并能被蛋白酶等

4、水解，還具有與明膠類似的凝膠、粘著等特性。 第7頁，共21頁。絲纖維生物材料基本介紹絲素蛋白分子量為5萬左右的小肽鏈和分子量為30萬左右的大肽鏈蛋白質氨基酸組成以甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸為主纖維內產生較為緊密的 折疊晶體結構，甚至在很小結晶區(qū)域內也存在液晶態(tài)及多態(tài)現象，晶體和微小結晶區(qū)域間界面模糊在水中僅膨脹而不溶解，亦不溶于乙醇等有機溶劑，但可在一些特殊中性鹽溶液中發(fā)生無限膨脹形成粘稠液體，透析除鹽即可得絲素純溶液第8頁，共21頁。絲纖維生物材料基本介紹傳統(tǒng)生物方面應用 紡織領域 化妝品領域 手術縫合線第9頁，共21頁。研究新進展與新應用性質生物領域新應用第10頁，共21頁。研究新進展與新應用

5、性質：生物相容性：由絲引發(fā)的炎癥反應不比一般用于縫合材料大且研究表明絲膠是主要過敏機質，絲素則不是。生物降解性：絲素對蛋白水解酶敏感，在體內能被緩慢地吸收，速率與移植點、機械環(huán)境、病體健康和生理特點、絲素纖維直徑等有關第11頁，共21頁。研究新進展與新應用良好的加工性能： 絲素純溶液通過噴絲、噴霧或延展、干燥等處理，可得到再生絲、凝膠、薄膜或微孔材料等產品，與明膠、血清蛋白等相比其固化結晶方式多樣化：一般天然蛋白的傳統(tǒng)固化工藝，采用戊二醛做交聯(lián)劑一些獨特處理方式，如冷凍、熱蒸、拉伸及低毒性有機溶劑浸泡良好的成膜性：與殼聚糖與膠原等相比，絲素蛋白膜成膜方便，還可保持高達98 以上透明性，高濕狀態(tài)

6、下的柔韌性與形態(tài)保持性能也較為突出在成膜條件適當的情況下，絲素膜可以表現出優(yōu)良的透氧透氣性能。不亞于甚至超過目前一般認為在這方面性能卓越的合成材料 第12頁，共21頁。研究新進展與新應用缺陷： 純絲素膜決定穩(wěn)定性和強度的結構和分子間氫鍵并不多，絲膜結晶區(qū)相對較少 如純絲素膜在含水量極低時易于破碎 在低濕環(huán)境應用時強度不夠 結晶區(qū)偏少導致絲素膜在溶液中溶失率較高第13頁，共21頁。研究新進展與新應用生物領域新應用：人工器官：人造皮膚：透明性使觀察創(chuàng)面情況較為容易；創(chuàng)面痛感較弱，絲膜與創(chuàng)口貼合緊密，又不易融化，可防感染，同時又保持良好透氣性，且絲素本身對皮膚細胞有生長促進功能人工血管人工角膜第14

7、頁，共21頁。研究新進展與新應用組織工程支架：絲素蛋白能被加工成泡沫、薄膜、纖維和網狀結構等多種形式，且與人體皮膜組織的氨基酸構成相近，對細胞和組織的培植來說是一種適宜的基質用絲素固定化葡萄糖酶膜、乳酸氧化酶膜制作的生物傳感器可以準確、有效確定細胞培養(yǎng)過程中的葡萄糖和乳酸的含量。 第15頁，共21頁。研究新進展與新應用用絲蛋白對合成高分子材料修飾后支架應用： 改性后的PU 對于嚙齒動物的細胞吸附能力和增殖能力都得到改善； 一定濃度改性后的PCL和PHA 的親水性都有明顯改善，細胞培養(yǎng)結果也證實改性后的復合支架細胞數量擴增顯著，更有利于人胚肺成纖維細胞(HFL一1)的生長繁殖第16頁，共21頁。

8、第17頁，共21頁。第18頁，共21頁。研究新進展與新應用生物分析及藥物緩釋載體方面 絲素蛋白活性部位可為酶固定的反應位置，根據其原理日本已研制出癌癥自動診斷儀、葡萄糖氧化酶絲素固定膜。 特殊多孔性網狀膜結構使絲素膜本身具有優(yōu)良吸附及緩釋功能，經過丙烯酰接枝反應后能成為很好的藥物緩釋劑。 靶向藥物方面，與明膠、血清蛋白相比絲素抗原性不明顯，還可以選擇一些非高溫方式固化。 第19頁，共21頁。展望絲素氨基酸排列是以(GlyAlaGlyAlaGlySer)為特征。其中，ser之間的距離與肝磷脂中抗血凝結構即硫酸基間的距離十分相近，因此在絲素中的Ser上引入硫酸基進行改性處理，就有可能增加其血液相容性。絲素蛋白成膜后在體內生物降解性能需進行進一步