基于丝素蛋白墨水材料的挤出式生物三维打印技术的研究
发布时间：2022-01-05 15:25
近年来,基于分层制造原理迅速发展起来的生物三维（3D）打印技术,为组织器官再生和临床修复治疗等生物医学领域带来了新的研究思路与解决方案。3D打印技术所用的生物墨水必须具备合适的交联机制来完成所需结构体成型,而且打印材料必须具备稳定的生物相容性和合适的力学性能。目前,适用于生物3D打印技术的生物墨水已经成为制约该技术发展的一个阻碍。丝素蛋白材料由于其良好的生物相容性、可控的生物降解性、无免疫原性以及来源丰富等优点,近年来在生物3D打印领域受到了研究者的广泛关注。但由于其自然凝胶过程缓慢,3D打印成型性差,限制了其在生物3D打印领域的应用。本论文基于挤出式生物3D打印技术,开发了一种纯丝素蛋白墨水材料的制备工艺,成功实现了纯丝素蛋白水凝胶的3D打印成型。通过工艺开发和优化,实现了打印支架宏观-微观结构的有效控制,并探讨了纯丝素蛋白墨水材料对电场和温度的依赖性,提出了电场和温度对丝素蛋白凝胶过程的调控机理。同时,还研究了所打印的纯丝素蛋白支架的细胞相容性和力学性能。通过本课题的探索研究,不仅可解决挤出式生物3D打印面临的部分技术难题,同时也提出了一种开发新型丝素蛋白墨水材料的研究思路。主要研...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１四种生物３Ｄ打印技术的示意图
生物膜等不同形式，并应用在组织工程和再生医学领域［７３］。??Ｑ???无定酿?ｆ?邊?１?Ａ！?Ｓｉｌｋ?ＩＩＩ?）??（?１０－１５ｎｒａ）??细纤维（约丨〇〇根?—晶态区域Ｕｉｉｋ?ｉｎ??丝丝胶??Ｇ?Ａ?Ｇ?Ａ?Ｇ?Ｓ??？?Ｈ?？?Ｈ?？＼?Ｈ?？＼?Ｈ?？＼?Ｈ?？＼??ｌ?Ｊ?ｈ２ｎ－ｃｈｃ－ｏ－ｎ－ｃｈｃ－ｏ－ｎ－ｃｈｃ－ｏ－ｎ－ｃｈｃ＾ｏ－ｎ－ｃｈｃ－ｏ－ｎ－ｃｈｃ－ｏｈ??＾?ｈ?ｃｈ３?ｈ?ｃｈ３?ｈ?ｃｈ２?ｎ??ＯＨ??图１－２蚕丝的结构??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｉｌｋ??根据不同的层次结构蛋白质可分为一级、二级、三级和四级结构。一级结构??决定着高级结构，三、四结构是以二级结构为基矗丝素蛋白是由１８种氨基酸??构成，其中甘氨酸（Ｇｌｙ）、丙氨酸（Ａｌａ）和丝氨酸（Ｓｅｒ）的含量最高并且按??照一定的序列结构排列成比较规整的链段形成结晶区域；非结晶区是由侧基较大??的苯丙氨酸（Ｐｈｅ）、色氨酸（Ｔｉｐ）和酪氨酸（Ｔｙｒ）等形成［７４］。丝素蛋白分子??链主要是由三个亚单元组成，分别是重链（Ｈ），轻链（Ｌ）和ｐ２５糖蛋白，如??图１－３所示。其中，Ｈ链的分子量？３５０ｋＤａ，是以Ｇｌｙ－Ａｌａ－Ｇｌｙ－Ａｌａ－Ｇｌｙ－Ｓｅｒ序列??作为重复单元构成氨基酸结构序列，能够通过分子内或分子间（包括氢键、范德??华力和疏水作用）自组装成（３－折叠或晶体结构，这也是丝素蛋白机械性能较高的??原因之一［￥７６］。Ｌ链的分子量￣２６ｋＤａ，比Ｈ链更小且有序，相对具有弹性，并??且其序列不参与ＳＦ?（无定形区域）中的结晶区域的形成Ｆ１。在Ｈ链的Ｃ端通过
第一章?基于丝素蛋白墨水材料的挤出式生物三维打印技术的研宄??一对二硫键共价结合Ｌ链形成ＨＬ复合物。该复合物还以６：６：１的比例非共价结??合分子量为？２５?ｋＤａ的糖蛋白ｐ２５，形成胶束单元［７７１。??ＨｙｄｒｏｐｈｉＵｃｒｃＲｉｏｎ．?Ｓｉｌｋ?ｆｉｂｒｏｉｎ?ｌ．＾ｈａｉａ?’道?ｎｂｒｏｉｎ?Ｈ＜ｈａｉｎｓ?ｐ－ｓｈｃ，．?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??Ｌ——＾?Ａｍｉｎｏ?ａｃｉｄ?ｒｅｐｅａｔｉｎｇ?ｕｎｉｔｓ?？?Ｃ－！ｃｒｍｉｎｕ＊??图１－３天然丝素蛋白结构的组成示意图：（ａ）?Ｈ－Ｌ复合物的组成；（ｂ）Ｈ链组??装形成（３－折叠结构；（ｃ）通过无定形区域连接的（３－折叠结构。??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎａｔｕｒａｌ?ｓｉｌｋ?ｆｉｂｒｏｉｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：?（ａ）??ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｈ－Ｌ?ｃｏｍｐｌｅｘ；?（ｂ）?ａｓｓｅｍｂｌｙ?ｏｆ?Ｈ?ｃｈａｉｎ?ｔｏ?ｆｏｒｍ?Ｐ?－ｓｈｅｅｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｃ）??Ｐ?－ｓｈｅｅｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ?ｂｙ?ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?ｒｅｇｉｏｎｓ．??１．３．１．２丝素蛋白的构象及聚集态结构??蛋白质的构象通常以ａ－螺旋（ａ－ｈｅｌｉｘ）、（３－折叠（（３－ｓｈｅｅｔ）、（３－转角（ｐ－ｔｕｍｓ）??和无规卷曲（ｒａｎｄｏｍ?ｃｏｉｌ）四种为主，其ｐ－折叠有平行ｐ＿折叠和反平行（３－折叠两??种类型。丝素蛋白分子之间的平行（３－折叠的氢键比较长并且呈非线性，然而反平??行Ｐ－折叠的氢键比较短并且呈线性排列，分子链段之间的组装最好，能量处于
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D生物打印技术在骨组织工程中的应用[J]. 胡超然,邱冰. 中国组织工程研究. 2018(02)
[2]透明质酸交联衍生物的研究进展[J]. 魏健,刘建建,黄思玲,李漫,李霞,郭学平. 高分子材料科学与工程. 2017(10)
[3]丝素蛋白分子的构象转变及自组装行为[J]. 于成龙,关国平,余劭婷,程志,吴雨芬,王璐. 生物医学工程学进展. 2017(03)
[4]丝素蛋白/壳聚糖复合材料在组织工程中应用的研究进展[J]. 李大为,何进,何凤利,刘雅丽,邓旭东,叶雅静,尹大川. 中国生物工程杂志. 2017(10)
[5]3D打印丝素蛋白/胶原蛋白支架的制备及性能[J]. 孙凯,李瑞欣,范猛,李轶津,董宝康,李晖. 中国组织工程研究. 2017(02)
[6]基于自组装的丝素蛋白材料应用研究进展[J]. 王蜀,蒋瑜春,刘祖兰,陈丽嫚,杜亚男,张袁松. 蚕学通讯. 2013(02)
[7]组织工程修复骨及软骨缺损的现状及展望[J]. 王秋玲,吕玉明,谢德明. 中国组织工程研究与临床康复. 2009(37)
硕士论文
[1]三维打印海藻酸钠/改性明胶复合水凝胶支架的制备与骨修复性能研究[D]. 陈海婷.华南理工大学 2018
[2]再生丝素蛋白自组装分子机理及影响因素探究[D]. 马梦佳.上海交通大学 2014
[3]再生丝素蛋白结构转变的研究[D]. 熊思勇.苏州大学 2010
本文编号：3570596
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１四种生物３Ｄ打印技术的示意图
生物膜等不同形式，并应用在组织工程和再生医学领域［７３］。??Ｑ???无定酿?ｆ?邊?１?Ａ！?Ｓｉｌｋ?ＩＩＩ?）??（?１０－１５ｎｒａ）??细纤维（约丨〇〇根?—晶态区域Ｕｉｉｋ?ｉｎ??丝丝胶??Ｇ?Ａ?Ｇ?Ａ?Ｇ?Ｓ??？?Ｈ?？?Ｈ?？＼?Ｈ?？＼?Ｈ?？＼?Ｈ?？＼??ｌ?Ｊ?ｈ２ｎ－ｃｈｃ－ｏ－ｎ－ｃｈｃ－ｏ－ｎ－ｃｈｃ－ｏ－ｎ－ｃｈｃ＾ｏ－ｎ－ｃｈｃ－ｏ－ｎ－ｃｈｃ－ｏｈ??＾?ｈ?ｃｈ３?ｈ?ｃｈ３?ｈ?ｃｈ２?ｎ??ＯＨ??图１－２蚕丝的结构??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｉｌｋ??根据不同的层次结构蛋白质可分为一级、二级、三级和四级结构。一级结构??决定着高级结构，三、四结构是以二级结构为基矗丝素蛋白是由１８种氨基酸??构成，其中甘氨酸（Ｇｌｙ）、丙氨酸（Ａｌａ）和丝氨酸（Ｓｅｒ）的含量最高并且按??照一定的序列结构排列成比较规整的链段形成结晶区域；非结晶区是由侧基较大??的苯丙氨酸（Ｐｈｅ）、色氨酸（Ｔｉｐ）和酪氨酸（Ｔｙｒ）等形成［７４］。丝素蛋白分子??链主要是由三个亚单元组成，分别是重链（Ｈ），轻链（Ｌ）和ｐ２５糖蛋白，如??图１－３所示。其中，Ｈ链的分子量？３５０ｋＤａ，是以Ｇｌｙ－Ａｌａ－Ｇｌｙ－Ａｌａ－Ｇｌｙ－Ｓｅｒ序列??作为重复单元构成氨基酸结构序列，能够通过分子内或分子间（包括氢键、范德??华力和疏水作用）自组装成（３－折叠或晶体结构，这也是丝素蛋白机械性能较高的??原因之一［￥７６］。Ｌ链的分子量￣２６ｋＤａ，比Ｈ链更小且有序，相对具有弹性，并??且其序列不参与ＳＦ?（无定形区域）中的结晶区域的形成Ｆ１。在Ｈ链的Ｃ端通过
第一章?基于丝素蛋白墨水材料的挤出式生物三维打印技术的研宄??一对二硫键共价结合Ｌ链形成ＨＬ复合物。该复合物还以６：６：１的比例非共价结??合分子量为？２５?ｋＤａ的糖蛋白ｐ２５，形成胶束单元［７７１。??ＨｙｄｒｏｐｈｉＵｃｒｃＲｉｏｎ．?Ｓｉｌｋ?ｆｉｂｒｏｉｎ?ｌ．＾ｈａｉａ?’道?ｎｂｒｏｉｎ?Ｈ＜ｈａｉｎｓ?ｐ－ｓｈｃ，．?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??Ｌ——＾?Ａｍｉｎｏ?ａｃｉｄ?ｒｅｐｅａｔｉｎｇ?ｕｎｉｔｓ?？?Ｃ－！ｃｒｍｉｎｕ＊??图１－３天然丝素蛋白结构的组成示意图：（ａ）?Ｈ－Ｌ复合物的组成；（ｂ）Ｈ链组??装形成（３－折叠结构；（ｃ）通过无定形区域连接的（３－折叠结构。??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎａｔｕｒａｌ?ｓｉｌｋ?ｆｉｂｒｏｉｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：?（ａ）??ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｈ－Ｌ?ｃｏｍｐｌｅｘ；?（ｂ）?ａｓｓｅｍｂｌｙ?ｏｆ?Ｈ?ｃｈａｉｎ?ｔｏ?ｆｏｒｍ?Ｐ?－ｓｈｅｅｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｃ）??Ｐ?－ｓｈｅｅｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ?ｂｙ?ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?ｒｅｇｉｏｎｓ．??１．３．１．２丝素蛋白的构象及聚集态结构??蛋白质的构象通常以ａ－螺旋（ａ－ｈｅｌｉｘ）、（３－折叠（（３－ｓｈｅｅｔ）、（３－转角（ｐ－ｔｕｍｓ）??和无规卷曲（ｒａｎｄｏｍ?ｃｏｉｌ）四种为主，其ｐ－折叠有平行ｐ＿折叠和反平行（３－折叠两??种类型。丝素蛋白分子之间的平行（３－折叠的氢键比较长并且呈非线性，然而反平??行Ｐ－折叠的氢键比较短并且呈线性排列，分子链段之间的组装最好，能量处于
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D生物打印技术在骨组织工程中的应用[J]. 胡超然,邱冰. 中国组织工程研究. 2018(02)
[2]透明质酸交联衍生物的研究进展[J]. 魏健,刘建建,黄思玲,李漫,李霞,郭学平. 高分子材料科学与工程. 2017(10)
[3]丝素蛋白分子的构象转变及自组装行为[J]. 于成龙,关国平,余劭婷,程志,吴雨芬,王璐. 生物医学工程学进展. 2017(03)
[4]丝素蛋白/壳聚糖复合材料在组织工程中应用的研究进展[J]. 李大为,何进,何凤利,刘雅丽,邓旭东,叶雅静,尹大川. 中国生物工程杂志. 2017(10)
[5]3D打印丝素蛋白/胶原蛋白支架的制备及性能[J]. 孙凯,李瑞欣,范猛,李轶津,董宝康,李晖. 中国组织工程研究. 2017(02)
[6]基于自组装的丝素蛋白材料应用研究进展[J]. 王蜀,蒋瑜春,刘祖兰,陈丽嫚,杜亚男,张袁松. 蚕学通讯. 2013(02)
[7]组织工程修复骨及软骨缺损的现状及展望[J]. 王秋玲,吕玉明,谢德明. 中国组织工程研究与临床康复. 2009(37)
硕士论文
[1]三维打印海藻酸钠/改性明胶复合水凝胶支架的制备与骨修复性能研究[D]. 陈海婷.华南理工大学 2018
[2]再生丝素蛋白自组装分子机理及影响因素探究[D]. 马梦佳.上海交通大学 2014
[3]再生丝素蛋白结构转变的研究[D]. 熊思勇.苏州大学 2010
本文编号：3570596
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