丝素蛋白溶液（丝素蛋白溶液）

简介

蚕丝分为丝胶蛋白和丝素蛋白，其中丝素蛋白为主要成分，约占到70-80%，由于其具有优异的生物相容性，无免疫原性，可体内降解并时间可控，降解产物安全无毒，正成为一种新型医用生物材料，既可以作为产品直接用于临床中的组织修复，也可以作为药物及细胞的载体支架用于药物缓释及组织工程构建人工器官。

丝素蛋白溶液是脱去丝胶后的蚕丝纤维经一系列的纯化工艺精制后所得的淡黄色澄清蛋白水溶液。丝素蛋白溶液是制备丝素蛋白成型材料的基础，基本上丝素蛋白所有的成型材料均以丝素蛋白溶液为材料基础，通过添入改性剂，冷冻干燥等技术手段制备而成。

制备方法

现有技术中，再生丝素蛋白溶液的制备主要包括脱胶和溶丝两步：蚕丝脱胶的方法概括起来有五种：沸水法、皂煮法、有机酸法、酶法和碱法，其中碱法为生物材料制备用丝素蛋白过程中最常用的方法；溶丝的方法概括起来有三种：强酸、强碱和中性盐溶液，其中中性盐包括氯化锌、硫氰酸锂、硝酸钙、碳酸钙、磷酸钙、溴化锂和氯化钙中的一种或几种。上述三种溶丝方法如表1所示。

结构

在水溶液中，丝素蛋白主要以无规则线团形式存在，而无规则线团结构并非热力学上稳定的结构，因此在一定外界条件下（如温度变化、改变PH等）会诱导无规则结构向 β-折叠结构转变。即便在低温冷藏情况下，溶液中的丝素蛋白也会从无规则结构向 β-折叠结构转变，最终变为凝胶。

缺陷

丝素蛋白容易在环境变化时（如高温或震荡）发生分子结构变化导致聚集，表现为形成凝胶或沉淀析出，纯化的丝素蛋白溶液通常室温下保存不宜超过两周。这给下游的材料制备和应用带来了很大的不便，主要体现在：

（1）浪费时间和材料，每次制备材料都需要重新纯化丝素蛋白溶液。

（2）产品质量难以控制、重复性差。大分子量再生丝素蛋白溶液即使保存在4°C冰箱丝素蛋白的结构也在缓慢地变化，分子在不断聚集，可能会直接影响到下面制备材料的性能。

（3）难以保存和运输，丝素蛋白溶液在环境变化时极易变质，因此常温下保存时间太短，运输时发生震荡也易产生凝胶态，这些问题已成为制约丝素蛋白材料大规模应用开发的首要难题。

（4）单纯的制备出的丝素蛋白溶液浓度较低，最高达到10%，某些材料的制备和应用领域需要更高浓度的丝素蛋白溶液，纯化后的丝素蛋白溶液只能通过进一步的浓缩手段，如透析、超滤等得到需要的高浓度丝素蛋白溶液，给材料制备带来额外的成本和污染风险。

发展趋势

由于丝素蛋白溶液存在无法长期保存和运输的缺点，所以在丝素蛋白材料的研发过程中，研究者更多的是想到利用其他材料形式来替代溶液，达到便于保存和运输的目的，例如将溶液形式改为冻干粉末，制备时以溶剂溶解进行制备，这种方法既可以保证丝素蛋白能随时运输和持久/常温储存，也能突破目前制备溶液浓度偏低的局限（≤10%）。但是如何得到高分子量、高稳定性的冻干丝素蛋白也存在较大的技术挑战。

目前，美国Tufts大学（Tufts University）、苏州大学（Soochow University）、苏州丝美特生物技术有限公司（Simatech）都在其技术领域开发出冻干丝素蛋白的核心技术，利用这些技术，研究者可以制备出接近原丝素蛋白分子量、高稳定性、可高浓度调配、无菌无热源的冻干丝素蛋白，不仅可以帮助相关科研和生产单位解决其长期存储和运输的难题，也能改善丝素蛋白材料科研和应用中存在的纯化工艺费时费力、重复性差等难题。