PVA-co-PE纳米短纤维增强丝素蛋白材料的制备与性能研究

发布时间：2020-06-17 07:33

【摘要】：丝素蛋白材料凭借其天然的亲肤力、可食用性、良好的生物相容性、生物可降解性和体内炎症反应较低等优良的特性,在化妆品领域、食品领域和生物医药领域均有着广泛的应用。丝素蛋白在应用于生物医药领域时,其力学性能往往不能满足组织工程支架材料的要求;而且,传统的丝素蛋白材料缺乏细胞所需要的微纳米级别的物理引导信号。因此,在丝素蛋白中引入微纳米级别的纤维来提高其力学性能和生物性能很有必要。PVA-co-PE纳米纤维在机械打碎之后,能够以单根短纤维的形式分散在水溶液中,这为丝素蛋白与PVA-co-PE纳米短纤维的共混提供了理论基础。首先,本课题制备了PVA-co-PE纳米短纤维/丝素蛋白共混复合膜,借助SEM、Instron、ATR和XRD等测试手段对共混复合膜进行了表征,研究了加入不同含量的PVA-co-PE纳米短纤维对共混复合膜表面形貌、力学性能的影响,以及经过75%的乙醇处理后其空间结构的变化。实验结果显示,与纯的丝素蛋白膜相比,共混复合膜的上表面不再光滑,出现很多由于PVA-co-PE纳米短纤维包覆在丝素蛋白中而产生的凸起,而下表面与纯的丝素蛋白膜一样光滑。纯的丝素蛋白膜在干态下的断裂强度和断裂伸长分别为42.00±2.70 MPa,1.00±0.09%,湿态下的断裂强度和断裂伸长分别为2.75±0.39 Mpa,36.85±9.09%。加入5%的PVA-co-PE纳米短纤维时,共混复合膜在干态和湿态下的力学性能有明显提升,其干态下的断裂强度和断裂伸长分别可达到59.20±1.60 MPa,1.60±0.03%,湿态下的断裂强度和断裂伸长也分别可达到3.40±0.37 Mpa,40.18±7.52%。经过75%乙醇处理后的纯丝素蛋白膜和共混复合膜的二级结构都发生了变化,处理后的共混复合膜的分子构象主要为β-折叠结构。然后,在上述二维复合材料的基础上,本课题制备了具有三维多孔结构的PVA-co-PE纳米短纤维/丝素蛋白共混多孔支架材料。借助SEM、ATR和XRD等测试手段对共混多孔支架进行了表征,研究了加入不同含量的PVA-co-PE纳米短纤维对共混多孔支架表面形貌、吸水性能的影响,以及经过软冻处理后其空间结构的变化。实验结果表明,纯的丝素蛋白多孔支架孔径为50-200μm,孔壁表面光滑,加入PVA-co-PE纳米短纤维后,共混支架的孔径明显减小,为50-150μm,且孔壁表面可以看出纳米短纤维包覆在丝素蛋白中的痕迹,且纳米短纤维越多,痕迹越明显。加入PVA-co-PE纳米短纤维可以明显改善多孔支架材料的吸水性能,随着纳米短纤维含量的增多,共混多孔支架材料的吸水率不断提高,当含量为50%时,其吸水率可达到31.29±0.62倍,而纯的丝素蛋白多孔支架的吸水率仅为12.27±0.57倍。对丝素蛋白冷冻体进行软冻处理可以改变丝素蛋白的二级结构,共混多孔支架材料中丝素蛋白的分子构象以β-折叠结构为主。最后,本课题研究了温度和PVA-co-PE纳米短纤维对混合水凝胶凝胶时间的影响,借助SEM、ATR和XRD等测试手段表征了混合水凝胶的微观形貌和二级结构构象变化。实验结果表明,温度越高,凝胶时间越短,超声后置于37℃生化培养箱中的纯丝素蛋白水溶液1 h即可凝胶;PVA-co-PE纳米短纤维可以明显促进凝胶化,在含量为5-20%这一范围内,纳米短纤维含量越多,凝胶时间越短。另外PVA-co-PE纳米短纤维可以显著改变混合水凝胶的孔径和孔壁表面的形貌,当加入纳米短纤维的含量为20%时,混合水凝胶孔径最小为10μm左右,相较于纯的丝素蛋白水凝胶孔径而言明显降低。孔壁上可以看到由于纳米短纤维包覆在丝素蛋白中产生的壁痕,且纳米短纤维越多,壁痕越明显。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08
【图文】：

示意图,纳米纤维,热塑性,示意图

PVA-co-PE 纳米短纤维增强的丝素蛋白材料的制备及性能研究成纳米纤维[11]。本实验中使用的纳米短纤维即是通过这种方法得到的。王栋[7,12]等人以醋酸丁酸纤维素（CAB）作为基材，以聚烯烃材料作为分散相，利用挤出机对多组分材料进行熔融挤压，得到被 CAB 包覆的 PVA-co-PE 纳米纤维束，后经有机溶剂多次萃取去除外层的 CAB 即可制成 PVA-co-PE 纳米纤维，其制备流程如图 1-1 所示。结果表明，聚乙烯/乙烯醇共聚物可通过熔融挤出相分离的方法生产纳米纤维。目前这种 PVA-co-PE 纳米纤维已经实现工业化生产，可通过功能化改性应用于过滤、抗菌、隔热等多个方面。

示意图,短纤维,纳米,示意图

2.3.1 PVA-co-PE 纳米短纤维的制备（1）将熔融挤出的 PVA-co-PE 纳米纤维按一定比例加入到异丙醇和去离子水的混合溶液中，其中 PVA-co-PE 占混合溶液的 1%，将其机械打碎制备成纳米纤维悬浮液。（2）将 PVA-co-PE 悬浮液用超速离心机分离，转速为 10000 r/min，去除异丙醇和水，将纳米纤维重新分散在去离子水中，形成悬浮液，离心分离，重复 3 次。（3）将洗涤过 3 次的 PVA-co-PE 纳米纤维重新分散在去离子水中，用超声波细胞粉碎机超声处理，将功率调至 300 w，超声时间为 3 s，间歇时间为 4 s，超声5 次。然后分别装在两个离心管中，在超低温冰箱中冷冻 12 小时后放在冷冻干燥机中干燥 2 天得到 PVA-co-PE 纳米短纤维，备用。（4）取少量 PVA-co-PE 纳米短纤维分散在水溶液中，然后稀释到不同倍数，利用超声波细胞粉碎机超声分散，再取少量滴在铝箔上，电镜下观察其分散状态。其制备流程如图 2-1 所示：

【相似文献】