摘要
絲素蛋白（Silk Fibroin）因其優(yōu)異的生物相容性、可控降解性和高機械強度，被視為組織工程和再生醫(yī)學的理想材料。然而，傳統電紡絲技術需依賴添加劑（如聚環(huán)氧乙烷，PEO）調節(jié)溶液粘度和導電性，但這些添加劑可能殘留在成品中，增加生物安全風險。本研究首次系統探索了無添加劑電紡再生絲素蛋白非織造布的可行性，通過調控溫度（25–35°C）和相對濕度（25–30% RH）等工藝參數，優(yōu)化纖維形態(tài)與機械性能。實驗表明：30°C、25% RH下，纖維直徑最均勻（998±63 nm），抗穿刺力最高（0.20 N）。甲醇浸泡顯著提升纖維均一性（直徑標準差降低50%）和機械穩(wěn)定性。所有樣品均通過細胞毒性測試，證實其適用于生物醫(yī)學領域。
一、添加劑（PEO）的替代方案
初步實驗發(fā)現，傳統電紡需添加PEO（比例4:1）以穩(wěn)定泰勒錐（Taylor Cone），但混合溶液易分層（5分鐘內分解）。通過溶劑蒸發(fā)法將絲素濃度提升至45 wt%，成功實現無添加劑電紡絲素蛋白非織造布（圖1）。
圖1 由不同濃度的純絲素溶液在22℃和30 RH下制成的非織造布
二、溫度與濕度的影響
纖維形貌：25°C、30% RH：纖維表面液滴增多，直徑標準差大。35°C、30% RH：纖維直徑差異最大（418 nm），結構松散。30°C、25% RH：纖維最均勻（998±63 nm），無缺陷（圖2）。
圖2 不同溫濕度下的絲素蛋白纖維SEM圖像
高溫（35°C）導致溶劑蒸發(fā)過快，纖維表面硬化不均；高濕度（30% RH）抑制溶劑揮發(fā)，纖維固化不完全?？勾┐塘Γ?0°C、25% RH下最高（0.20 N），35°C、30% RH最低（0.11 N）。厚度與伸長率：高溫高濕環(huán)境下，非織造布厚度增加（106 μm），但機械強度下降。
三、甲醇后處理的提升效果
甲醇處理使纖維直徑增加2~20%，但標準差降低50%，孔隙率下降，纖維間結合更緊密（圖3）。甲醇誘導β-片層結晶，增強非織造布的結構穩(wěn)定性，便于從收集板上剝離。
圖3 甲醇處理前后的纖維直徑
四、生物相容性驗證
細胞毒性實驗表明：純絲素蛋白非織造布的細胞代謝活性與陰性對照組（TCC）無顯著差異（p>0.05），遠高于陽性對照組（含ZDEC的聚氨酯膜）。染色顯示，纖維表面細胞存活率>95%，形態(tài)舒展，無毒性跡象（圖4）。
圖4 絲素蛋白非織造布的細胞毒性結果
結論
本研究證實，通過精確控制溫濕度（30°C、25% RH）和溶劑蒸發(fā)法提升絲素濃度，可完全替代傳統添加劑，制備出高均一性、高生物相容性的絲素非織造布。未來研究方向包括：
（1）工藝擴展：測試更低溫度（<25°C）或更高濃度（>50 wt%）的可行性。
（2）生產效率提升：探索同軸電紡或針頭陣列技術，實現大規(guī)模生產。
（3）功能化改性：結合聚己內酯（PCL）等材料，進一步優(yōu)化機械性能與生物活性。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.01.010
官方微博
官方微信
