竇 皓，史 磊，岳曉曉，左保齊

(蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021)

DOU Hao, SHI Lei, YUE Xiao-xiao, ZUO Bao-qi

(College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China)

后處理對(duì)靜電紡絲素蛋白結(jié)構(gòu)和性能的影響

竇 皓，史 磊，岳曉曉，左保齊

(蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021)

采用靜電紡絲技術(shù)制備絲素納米纖維氈，研究乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)和交聯(lián)劑1-乙基-(3-二甲基氨丙基)-碳二亞胺(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能的影響，分析和對(duì)比了處理前后材料的熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能。結(jié)果表明：不添加交聯(lián)劑時(shí)，50 %乙醇能使靜電紡絲素蛋白構(gòu)象部分轉(zhuǎn)變，且表面發(fā)生溶解并粘連；經(jīng)過(guò)100 %乙醇處理后，構(gòu)象完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣抡郫B構(gòu)象，熱分解溫度由296.1 ℃增加至302.5 ℃，斷裂強(qiáng)度也由3.39 MPa增至12.02 MPa；添加EDC/NHS后有利于絲素蛋白分子間形成酰胺鍵，促使向β折疊鏈的轉(zhuǎn)變，致使熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能也明顯進(jìn)一步改善。

絲素；納米纖維氈；靜電紡絲；EDC/NHS；后處理

DOU Hao, SHI Lei, YUE Xiao-xiao, ZUO Bao-qi

(College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China)

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)開發(fā)出一些制備納米纖維的方法。其中，靜電紡絲技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、操作容易，而且制備的納米纖維膜具有較大的比表面積和較高的孔隙率，可以模擬天然細(xì)胞外基質(zhì)的納米級(jí)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于過(guò)濾材料、復(fù)合增強(qiáng)材料、傳感器、組織工程、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域[1-5]。

絲素蛋白是一種重要的天然高分子材料，具有良好的透氣透濕性、生物相容性、生物可降解性及良好的力學(xué)性能，故被廣泛應(yīng)用在組織工程、藥物釋放、傷口敷料、人工皮膚等。但是，靜電紡絲素蛋白的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，極易溶于水，力學(xué)性能也不夠理想，雖然可以經(jīng)過(guò)甲醇、乙醇、戊二醛等后處理得以適當(dāng)改善，但容易發(fā)生脆性斷裂或產(chǎn)生細(xì)胞毒性，限制了它的實(shí)際應(yīng)用[6-10]。

目前，交聯(lián)劑1-乙基-(3-二甲基氨丙基)-碳二亞胺(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)因具有無(wú)毒、生物相容性良好的特點(diǎn)，常被用于膠原蛋白的交聯(lián)。在交聯(lián)過(guò)程中，EDC/NHS不進(jìn)入膠原中，而是轉(zhuǎn)變成水溶性的脲衍生物，使膠原分子間形成酰胺鍵，從而在膠原分子內(nèi)部形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。交聯(lián)后的膠原基支架細(xì)胞毒性很小，表現(xiàn)出更為優(yōu)異的細(xì)胞相容性，受到各國(guó)研究者的廣泛關(guān)注[11-17]。鑒于用EDC/NHS交聯(lián)絲素蛋白的研究還鮮有報(bào)道，本研究采用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EDC/NHS/乙醇溶劑對(duì)電紡絲素材料進(jìn)行后處理，通過(guò)掃描電鏡、紅外光譜、X射線衍射等測(cè)試，探討納米纖維材料結(jié)構(gòu)的變化，分析和對(duì)比其熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

家蠶絲(浙江湖州)，無(wú)水溴化鋰(化學(xué)純，美國(guó)Sigma公司)，無(wú)水碳酸鈉(上海試劑總廠)，甲酸(江蘇強(qiáng)盛化工有限公司)，乙醇(分析純，上海試劑總廠)，1-乙基-(3-二甲基氨丙基)-碳二亞胺(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)(生化試劑，美國(guó)Sigma公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紡絲液的制備

將家蠶絲置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 %的Na2CO3溶液中，煮沸脫膠，重復(fù)3次。將純絲素于m(LiBr)∶m(C2H5OH)＝40∶60，(75±2)℃恒溫水浴中攪拌，溶解制得絲素溶液，用截流相對(duì)分子質(zhì)量為1萬(wàn)道爾頓的透析袋，于去離子水中透析3 d，最后將透析完畢的絲素溶液在培養(yǎng)皿上鋪膜，室溫下自然干燥，得到再生絲素蛋白膜。稱取一定量的再生絲素蛋白膜溶于無(wú)水甲酸，配制所需紡絲液。

1.2.2 靜電紡絲

將一定質(zhì)量的再生絲素膜溶于甲酸中，配制10 %的紡絲液。將紡絲液倒入5 mL注射器中，調(diào)節(jié)紡絲針頭到接收板間的距離為10 cm，電壓12 kV，流速0.25 mL/h，獲得電紡絲素納米纖維氈。

1.2.3 交聯(lián)劑EDC/NHS的配制

將EDC和NHS按質(zhì)量比2∶1分別溶于100 %乙醇和50/50乙醇/水中，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5 %、5 %和10 %的交聯(lián)劑溶液。

1.2.4 電紡納米纖維氈的后處理

將所得納米纖維氈用100 %乙醇不溶化處理30 min，再分別浸入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的交聯(lián)劑(按1.2.3方法配置)溶液中，并用甲酸調(diào)節(jié)pH值到5.5，于37 ℃的恒溫振蕩水槽中處理24 h，再用去離子水沖洗多次，干燥后備用。

2 結(jié)構(gòu)與性能測(cè)試

2.1 纖維形態(tài)與直徑測(cè)定

將試樣粘貼在試樣臺(tái)上，經(jīng)噴金處理后，用日本日立S-4800型掃描電子顯微鏡觀察并記錄纖維的形態(tài)，然后用圖像分析軟件Image J測(cè)量纖維的直徑，統(tǒng)計(jì)其分布情況，每個(gè)試樣測(cè)試?yán)w維100根。

2.2 紅外光譜測(cè)試

將約2 mg粉末狀試樣與200 mg光譜級(jí)KBr混合，并以標(biāo)準(zhǔn)程序壓成透明的薄片，采用透射法在美國(guó)Nicolet 5700型紅外光譜儀上測(cè)得纖維的紅外吸收光譜圖。

2.3 X射線衍射測(cè)試

試樣的X射線衍射強(qiáng)度曲線由荷蘭PAN alytical公司的Xpert Pro MPD X射線衍射儀(CuKα靶，加速電壓40 kV，電流40 mA，λ＝0. 154 nm)測(cè)得，設(shè)定測(cè)試衍射角2θ的范圍為5°～45°。

2.4 熱分析測(cè)試

用美國(guó)PE公司的TG-DTA(PE-SⅡ)(氮?dú)饬髁?0 mL/min，測(cè)試溫度范圍為常溫到450℃，升溫速率10℃/min)，測(cè)試粉末樣品的熱性能。

2.5 力學(xué)性能測(cè)試

紡制一定厚度的纖維氈，切取寬度為3 mm的長(zhǎng)條，在恒溫恒濕間平衡24 h后，用Instron 3365電子強(qiáng)力儀進(jìn)行拉伸力學(xué)性能的測(cè)定。試樣夾持長(zhǎng)度為20 mm，拉伸速度為5 mm/min，初始張力為0. 2 cN，力和伸長(zhǎng)的精度分別為0. 01 cN和0.01 mm。

3 結(jié)果與分析

3.1 納米纖維氈的表面形貌和直徑

圖1為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙醇、EDC/NHS對(duì)靜電紡絲素納米纖維處理后的表面形態(tài)。由圖1a～c可知：經(jīng)50 %乙醇處理后，纖維直徑由處理前的(150.38±59.24)nm增加到(299.85±63.11)nm，并且水的存在促使纖維表面發(fā)生溶解，纖維之間相互粘連。而經(jīng)100 %乙醇處理后，纖維形態(tài)保持較為完整均勻，僅發(fā)生溶脹，直徑增加到(161.69±30.77)nm。經(jīng)過(guò)交聯(lián)劑處理后(圖1d～i)，纖維平均直徑與經(jīng)過(guò)100 %乙醇處理的c相差不大，都在160～170 nm(表1)，說(shuō)明交聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)靜電紡絲素纖維的直徑影響并不大，但是表面不再光滑、順直，而是有一定程度的扭曲變形。這是因?yàn)橄冉?jīng)過(guò)乙醇處理后，絲素的構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變，由無(wú)規(guī)卷曲形成更穩(wěn)定的β折疊鏈，致使絲蛋白不容易在水中發(fā)生溶解，而交聯(lián)劑僅僅作為“橋梁”參與到酰胺鍵的進(jìn)一步形成，使絲蛋白分子鏈連成網(wǎng)狀，但并不會(huì)改變纖維的直徑。

3.2 分子構(gòu)象

紅外光譜是研究絲素蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法之一，常被用于定性或者定量表征絲素蛋白分子構(gòu)象的轉(zhuǎn)變[18]。圖2中譜圖a主要酰胺峰分別在1 658 cm-1(酰胺Ⅰ)、1 530 cm-1(酰胺Ⅱ)、670 cm-1(酰胺Ⅴ)附近，此時(shí)絲素蛋白大分子以無(wú)規(guī)卷曲或者α螺旋構(gòu)象為主。經(jīng)過(guò)50 %的乙醇處理后，主要酰胺峰向低波數(shù)移動(dòng)，分別在1 650、1 522、699 cm-1附近，說(shuō)明部分構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變，為α螺旋構(gòu)象和β折疊共存；當(dāng)乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到100 %時(shí)，構(gòu)象完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣抡郫B，相對(duì)應(yīng)的主要酰胺峰分別在1 624、1 515、702 cm-1。這主要是因?yàn)橐掖寄軌蛘T導(dǎo)絲素蛋白鏈段發(fā)生重排，相互間形成大量氫鍵造成的。當(dāng)靜電紡絲素纖維經(jīng)過(guò)2.5 %EDC/NHS(50 %乙醇作溶劑)處理后，酰胺Ⅰ在1 650 cm-1附近，而酰胺Ⅱ和Ⅴ在1 525 cm-1和690 cm-1附近出現(xiàn)酰胺峰；由于EDC/NHS可以與絲蛋白上的氨基酸殘基—COOH反應(yīng)形成酰胺鍵，因此當(dāng)EDC/NHS質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10 %時(shí)，酰胺Ⅰ(主要是CO伸縮振動(dòng)和N—H平面中彎曲)[19]產(chǎn)生分峰，分別位于1 663 cm-1和1 632 cm-1，這說(shuō)明處理后的絲素蛋白以α螺旋構(gòu)象和β折疊共存，并以β折疊為主。當(dāng)絲素蛋白經(jīng)EDC/NHS(100 %乙醇作溶劑)處理后，隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，酰胺Ⅱ、酰胺Ⅴ分峰都沒(méi)有發(fā)生較大移動(dòng)，并且酰胺Ⅰ谷峰現(xiàn)象在EDC/NHS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %時(shí)消失，分峰位置由1 657、1 626 cm-1(譜圖g)移向1 626 cm-1(譜圖i)附近，表明絲素蛋白已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)棣抡郫B。這主要是因?yàn)橐环矫娓哔|(zhì)量分?jǐn)?shù)乙醇破壞了絲蛋白疏水區(qū)相互作用力和原先水分子間的水合作用，誘導(dǎo)絲素蛋白鏈段發(fā)生重排，形成穩(wěn)定的β折疊結(jié)構(gòu)；另一方面交聯(lián)劑促使絲素分子鏈間產(chǎn)生酰胺鍵，在酰胺特征峰上具有明顯的吸收峰。

圖1 靜電紡納米纖維和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EDC/NHS/乙醇溶劑對(duì)其處理的SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM images of the electrospun nano fi bres with different concentrations of EDC/NHS/ethanol solution

表1 靜電紡納米纖維和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)乙醇、EDC/NHS對(duì)其處理的纖維直徑和標(biāo)準(zhǔn)方差統(tǒng)計(jì)Tab.1 Diameters and standard deviation of the electrospun nano fi bres treated with different concentration of ethanol and EDC/NHS

圖2 靜電紡納米纖維和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EDC/NHS/乙醇溶劑對(duì)其處理的FTIR譜圖Fig.2 FTIR spectra of the electrospun nano fi bers with different concentrations of EDC/NHS/ethanol solution

3.3 結(jié)晶結(jié)構(gòu)XRD

圖3是靜電紡納米纖維和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)乙醇、EDC/NHS對(duì)其處理的X-衍射曲線。SilkⅠ的主要衍射峰分別在12.2°、19.7°、28.2°附近，而SilkⅡ的主要衍射峰分別在9.1°、18.9°、20.7°、24.7°附近。由譜圖(a)可知，未處理的絲素納米纖維在21.3°具有寬圓峰，11.5°有一肩峰，表明為SilkⅠ結(jié)構(gòu)；經(jīng)過(guò)50 %乙醇處理以后，在20.2°有明顯尖峰；經(jīng)過(guò)100 %乙醇處理后，峰值更加尖銳，說(shuō)明絲蛋白已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镾ilkⅡ結(jié)構(gòu)。這主要因?yàn)殡S著極性和介電常數(shù)的降低(乙醇介電常數(shù)比水小)，蛋白質(zhì)分子中的靜電斥力增加，乙醇又將原有的氫鍵破壞，使分子鏈發(fā)生重排，多肽鏈高度伸展，趨向于熱力學(xué)穩(wěn)定的低能量SilkⅡ結(jié)構(gòu)[20]。當(dāng)電紡絲素蛋白纖維用交聯(lián)劑EDC/NHS(50 %乙醇作溶劑)處理后，不僅在20.4°附近有SilkⅡ的尖銳衍射峰，而且在9.1°和24.0°附近出現(xiàn)了肩峰，這表明交聯(lián)劑在一定程度上影響了絲素蛋白的結(jié)晶，即進(jìn)一步誘導(dǎo)SilkⅠ結(jié)構(gòu)向SilkⅡ結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并且交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到10 %時(shí)，譜圖(f)在18.9°有一肩峰，結(jié)晶度增大；當(dāng)乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到100 %時(shí)，主峰有一定程度偏移，并且可以看到在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %時(shí)譜圖(i)主峰尖銳并在20.8°伴生有一弱峰，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙醇和交聯(lián)劑導(dǎo)致絲素結(jié)晶度增大，這可能是由于絲素的SilkⅡ結(jié)構(gòu)主要是由乙醇上的羥基、交聯(lián)劑形成的酰胺鍵與絲素蛋白上極性基團(tuán)產(chǎn)生氫鍵作用造成的。

圖3 靜電紡納米纖維和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EDC/NHS/乙醇溶劑對(duì)其處理的XRD譜圖Fig.3 XRD spectra of the electrospun nano fi bers with different concentrations of EDC/NHS/ethanol solution

3.4 熱穩(wěn)定性能DTA

圖4是靜電紡納米纖維和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)乙醇、EDC/NHS對(duì)其處理的DTA曲線。未處理的絲素納米纖維在200～250 ℃有吸熱和放熱峰，這主要?dú)w因于絲素分子鏈從無(wú)規(guī)卷曲或α螺旋向β折疊構(gòu)象的轉(zhuǎn)變。經(jīng)過(guò)乙醇處理后，熱分解峰由296.1 ℃提高到299.0 ℃，在100 %乙醇時(shí)達(dá)到最大302.5 ℃；經(jīng)過(guò)EDC/NHS(50 %乙醇作溶劑)處理，分解峰均比未處理絲素纖維的分解峰值大，并且分解溫度隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加，(d)為298.0 ℃，(e)為301.7 ℃，(f)為306.1 ℃。其中，在300℃之后還有微弱的吸熱放熱峰，這主要因?yàn)榻宦?lián)劑在水的作用下使得絲素蛋白構(gòu)象復(fù)雜化并存在不同構(gòu)象的結(jié)合水；經(jīng)過(guò)EDC/NHS(100 %乙醇作溶劑)處理，一方面乙醇誘導(dǎo)絲素蛋白構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)棣抡郫B，另一方面，隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，絲素分子間形成了更多的酰胺鍵，要破壞絲素結(jié)構(gòu)需要更高溫度，故熱分解溫度由299.8℃提高到最大306.9 ℃。

圖4 靜電紡納米纖維和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EDC/NHS/乙醇溶劑對(duì)其處理的DTA譜圖Fig.4 DTA spectra of the electrospun nano fi bers with different concentrations of EDC/NHS/ethanol solution

3.5 納米纖維氈的力學(xué)性能

由表2可知：處理前樣品的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別為3.39 MPa和30.17 %；經(jīng)過(guò)100 %乙醇處理后，電紡納米纖維氈的強(qiáng)度大大提高，為12.02 MPa，但是斷裂伸長(zhǎng)率減小為12.36 %；經(jīng)過(guò)EDC/NHS處理之后，斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都比未處理納米纖維氈高，其中，樣品的斷裂伸長(zhǎng)率明顯大大提高；在乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同條件下，斷裂強(qiáng)度隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大；在交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的條件下，斷裂強(qiáng)度隨著乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，但是斷裂伸長(zhǎng)率卻沒(méi)有明顯的規(guī)律。原因可能是經(jīng)過(guò)EDC/NHS/乙醇處理，促使絲素蛋白分子間和分子內(nèi)形成氫鍵和酰胺鍵，纖維內(nèi)部已經(jīng)形成網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，柔韌性得到改善。由表2還可以看出：所有樣品中，斷裂強(qiáng)度在EDC/NHS為10 %(100 %乙醇作溶劑)時(shí)達(dá)到最大(10.35±1.50)MPa，斷裂伸長(zhǎng)也很高，為(76.64±16.58)%。

表2 靜電紡納米纖維和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EDC/NHS/乙醇溶劑對(duì)其處理的力學(xué)性能Tab.2 Mechanical properies of the electrospun nano fi bers with different concentrations of EDC/NHS/ethanol solution

4 結(jié) 論

1)在不添加交聯(lián)劑時(shí)，經(jīng)過(guò)50 %乙醇處理，靜電紡絲素納米纖維直徑變粗，表面粘連；而用100 %乙醇處理后，靜電紡絲素納米纖維的外觀形貌穩(wěn)定，納米尺寸與原試樣相差不大；添加交聯(lián)劑EDC/NHS后，納米纖維直徑并不隨交聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)而發(fā)生變化，形貌仍保持纖維狀，沒(méi)有明顯粘連。

2)紅外光譜和X射線衍射的結(jié)果表明：乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)絲素蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)有很大影響。未處理的絲素蛋白以無(wú)規(guī)卷曲和α螺旋構(gòu)象為主，50 %乙醇處理后，構(gòu)象發(fā)生部分轉(zhuǎn)變，以α螺旋和β折疊構(gòu)象共存；經(jīng)過(guò)100 %乙醇處理后，完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣抡郫B鏈；交聯(lián)劑可以進(jìn)一步促進(jìn)β折疊構(gòu)象的轉(zhuǎn)變，并且隨著交聯(lián)劑和乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，轉(zhuǎn)變?cè)矫黠@。主要因?yàn)橐环矫娓哔|(zhì)量分?jǐn)?shù)乙醇破壞了絲蛋白疏水區(qū)相互作用力和原先水分子間的水合作用，誘導(dǎo)絲素蛋白鏈段發(fā)生重排，形成穩(wěn)定的β折疊結(jié)構(gòu)，另一方面交聯(lián)劑促使絲素分子鏈間產(chǎn)生酰胺鍵，與絲素蛋白上極性基團(tuán)產(chǎn)生氫鍵作用。

3)隨著乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，靜電紡絲素蛋白的熱分解溫度提高，由296.1 ℃提高到302.5 ℃；在乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，熱分解溫度也進(jìn)一步增加，并在EDC/NHS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %的100 %乙醇溶劑中達(dá)到最大，為306.9 ℃。

4)乙醇處理后，纖維的斷裂強(qiáng)度大大提高，但是斷裂伸長(zhǎng)率下降；經(jīng)EDC/NHS處理后，斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都比未處理納米纖維氈高，其中，樣品的斷裂伸長(zhǎng)率明顯提高；在乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同條件下，斷裂強(qiáng)度隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大；在交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的條件下，斷裂強(qiáng)度隨著乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，并且所有樣品中的斷裂強(qiáng)度在EDC/NHS為10 %(100 %乙醇作溶劑)時(shí)達(dá)到最大，為(10.35±1.50)MPa，斷裂伸長(zhǎng)也很高，為(76.64 %±16.58)%。

由以上結(jié)論可知：經(jīng)過(guò)乙醇作溶劑的EDC/NHS交聯(lián)后，絲素蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，相應(yīng)的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能也得到改善，這有利于擴(kuò)大靜電紡絲素蛋白今后的應(yīng)用范圍。

[1] CAO Hui, CHEN Xin, HUANG Lei, et al. Electrospinning of reconstituted silk fiber from aqueous silk fibroin solution[J]. Materials Science and Engineering C, 2009,29(7): 2270-2274.

[2] SCHNEIDER A, WANG XY, KAPLAN D L, et al.Biofunctionalized electrospun silk mats as a topical bioactive dressing for accelerated wound healing[J]. Acta Biomaterialia, 2009, 5(7): 2570-2578.

[3] PARK K E, JUNG S Y, LEE S J, et al. Biomimetic nano fi brous scaffolds: Preparation and characterizationof chitin/silk fibroin blend nanofibers[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2006, 38(3-5): 165-173.

[4] ZHOU Juan, CAO Chuanbao, MA Xilan, et al. Electrospinning of silk fi broin and collagen for vascular tissue engineering[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2010,47(4): 514-519.

[5] MEINEL A J, KUBOW K E, Klotzsch Enrico, et al.Optimization strategies for electrospun silk fibroin tissue engineering scaffolds[J]. Biomaterials, 2009, 30: 3058-3067.

[6] 鮑韡韡，尹桂波，張幼珠. 有機(jī)醇處理對(duì)靜電紡絲素納米纖維結(jié)構(gòu)的影響[J].絲綢，2005(10)：22-24.BAO Weiwei, YIN Guibo, ZHANG Youzhu. Influence of organic alcohol-treatmenton structure of electrospun silk fi broin nano fi bers[J]. Journal of Silk, 2005(10): 22-24.

[7] 徐安長(zhǎng)，張露，潘志娟. 醇處理對(duì)靜電紡 MWNTs/絲素/聚酰胺復(fù)合纖維性能的影響[J].紡織學(xué)報(bào)，2010，31(7)：1-5.XU Anchang, ZHANG Lu, PAN Zhijuan. Effect of ethanol vapor treatment on properties of electrospun WMNTs/silk fi broin/polyamine6/66 fi bers [J]. Journal of Texile Research,2010, 31(7): 1-5.

[8] 肖紅偉，熊杰，李妮，等. 聚乳酸-乙醇酸共聚物/絲素共混納米纖維多孔膜的制備及性能[J].高分子材料科學(xué)與工程，2011，27(12)：142-146.XIAO Hongwei, XIONG Jie, LI Ni, et al. Preparation and properties of multi-Walled carbon nanotubes/poly-L-Lactide composite ultra fi ne fi ber[J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2011, 27(12): 142-146.

[9] 張敏，張野妹，朱仁寬，等. 虎紋捕鳥蛛絲蛋白/絲素復(fù)合纖維的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能[J]. 紡織學(xué)報(bào)，2011，31(8)：1-6.ZHANG Min, ZHANG Yemei, ZHU Renkuang, et al.Structure and mechanical properties of electrospun Ornithoctonus huwenna spidroin/silk compound fiber[J].Journal of Texile Research, 2011, 32(8): 1-6.

[10] CHEN Chen, CAO Chuanbao, MA Xilan, et al. Preparation of non-woven mats from all-aqueous silk fi broin solution with electrospinning method[J]. Polymer, 2006, 47: 6322-6327.

[11] CAO Hui, XU Shiying. EDC/NHS-crosslinked type II collagen-chondroitin sulfatescaffold: characterization and in vitro evaluation[J]. J Mater Sci: Mater Med, 2008, 19:567-575.

[12] BUTTAFOCO L, KOLKMAN N G, ENGBERS B P, et al.Electrospinning of collagen and elastin for tissue engineering applications[J]. Biomaterials, 2006, 27(5): 724-734.

[13]WISSINK M J B, BEERNINK R, PIEPER J S, et al.Immobilization of heparin to EDC/NHS-crosslinked collagen characterization and in vitro evaluation[J]. Biomaterials,2001, 22: 151-163.

[14] CHANG J Y, LIN J H, YAO C H, et al. In vivo evaluation of a biodegradable EDC/NHS-Cross-Linked gelatin peripheral nerve guide conduit material[J]. Macromol Biosci,2007, 7: 500-507.

[16] 楊春蓉. 交聯(lián)對(duì)膠原生物學(xué)和物理性能的影響[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)，2009，13 (3)：521-524.YANG Chunrong. In fl uence of crosslinking on the biological and physical properties of collagen[J]. Journal of Clinical Rehabilitive Tissue Engineering Research, 2009, 13(3):521-524.

[17] 王迎軍，楊春蓉，汪凌云. EDC/NHS交聯(lián)對(duì)膠原物理化學(xué)性能的影響[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，35(12)：66-70.

WANG Yingjun, YANG Chunrong,WANG Lingyun.Influence of EDC/NHS Cosslinking on Physicochemical properties of Collagen[J]. Journal of South China University of technology(Natural Science Edition), 2007, 35(12): 66-70.

[18] 劉明，閔思佳，朱良均. 冷凍干燥對(duì)絲素蛋白凝膠結(jié)構(gòu)的影響[J]. 蠶業(yè)科學(xué)，2007，33(2)：246-249.LIU Ming, MIN Sijia, ZHU Liangjun. Effect of freeze-dry on the structure of silk fibroin gel[J]. Canye Kexue, 2007,33(2): 246-249.

[19] 周文，陳新，邵正中. 紅外和拉曼光譜用于對(duì)絲蛋白構(gòu)象的研究[J].化學(xué)進(jìn)展，2006，18(11)：1514-1521.ZHOU Wen, CHEN Xin, SHAO Zhengzhong. Conformation studies of silk proteins with infrared and raman spectroscopy[J]. Progress in Chemistry, 2006, 18(11): 1514-1521.

[20] 張鋒. 靜電紡絲構(gòu)建蠶絲蛋白基支架及其應(yīng)用于神經(jīng)修復(fù)的研究[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2010.ZHANG Feng. Preparation of electrospun SF-baesd scaffolds and application in nerve repair[D]. Suzhou Soochow University, 2010.

Effects of posttreatment on the structure and properties of electrospun silk fi broin

This thesis not only fabricates silk fibroin(SF) nanofibrous mats by means of electrospinning technique but also studies effects of ethanol mass fraction, crosslinker N-(3-dimethylaminopropyl)N-ethylcarbodiimide hydrochloride(EDC) and the mass fraction of N-hydroxysuccinimide(NHS) on their structures and properties. Besides, it analyzes and compares thermostabilization and mechanical property of materials before and after treatment. The results indicate that 50 % ethanol can partly change the conformation of electrospun silk fibroin and the surface dissolves and becomes sticky without the addition of crosslinking agent; after 100 % ethanol treatment, conformation completely transforms to β-sheet conformation, thermal decomposition temperature increases from 296.1 ℃ to 302.5 ℃ and breaking strength rises from 3.39 to 12.02 MPa; with addition of EDC/NHS, it is helpful to form amide bonds among silk fibroin molecules, boost the change into β-sheet conformation and improve the heat stability and mechanical property obviously.

Silk fibroin; Nano fibers; Electrospinning; EDC/NHS; Posttreatment

TQ340.64；S886.9

A

1001-7003(2012)09-0023-07

2012-04-18

蘇州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(SG201046)；江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科一期建設(shè)工程項(xiàng)目(蘇政辦發(fā)[2011]6號(hào))

竇皓(1987－ )，男，碩士研究生，研究方向?yàn)樘胤N纖維材料及加工。通訊作者：左保齊，教授，博導(dǎo)，bqzuo@suda.edu.cn。