桑蚕丝素蛋白的结构、形态及其化学改性

通过对桑蚕吐丝机构的描述,着重从高分子科学的角度介绍桑蚕丝和蚕丝素蛋白大分子的组成、形态及各种化学、物理性质,讨论了蚕丝素蛋白的纤维化机理,并简述了丝索蛋白纤维的化学接枝改性及其应用。     

蚕丝蛋白的结构和功能

较为全面地综述了最近几十年国内外关于蚕丝蛋白的组成，结构，性能及其应用的研究和作者课题组十几年在蚕丝蛋白方面的工作。     

用桑蚕丝素蛋白固定的葡萄糖氧化酶传感器

目前,常用的生物酶固定化方法在应用上各有优劣,简便、高效而又适用推广的酶固定化方法是人们所追求的目标。本文提供一种新型的酶固定化方法,即通过蚕丝素蛋白在甲醇中变性,使葡萄糖氧化酶(GOD)固定在蛋白质中,得到葡萄糖氧化酶-丝素膜,与氧电极偶合,制成电流式葡萄糖传感器。在选定的实验条件下,电极的各项性能指标均较满意。 GOD由Boehringer Mannhen GmbH进口(10 kU/46 mg),试剂均为分析纯。家蚕(浙12×苏1)由浙江农业大学提供。氧电极和测氧仪由中国科学院上海冶金研究所制造。     

用桑蚕丝素蛋白固定脲酶的研究及脲酶电极的制备

提出了一种新的酶固定化方法,即通过甲醇处理,使蚕丝素蛋白膜的构象由random coil向β-sheet发生根本性的变化,从而将酶固定在β-sheet所特有的分子间氢键中.利用此方法所制成的脲酶电极,在合适的操作条件下,各项响应指标均令人满意,并且脲酶的耐温性能被大大提高,电极的有效使用寿命长达三个月以上.此种酶固定化方法原则上能够应用于其它不破坏蚕丝素蛋白分子结构的可溶性酶.     

纳米TiO_2改性蚕丝丝素蛋白膜的研究

用溶胶凝胶法制备纳米TiO2改性再生蚕丝丝素蛋白膜.该丝素膜机械强度提高,在水中溶失率下降.UV、AFM、SEM测试的结果表明,丝素中纳米TiO2粒径约为80 nm,纳米粒子在丝素膜中分布均匀;XRD、FTIR测试结果表明,纳米TiO2的加入,可使改性丝素膜的结晶结构从SilkⅠ向SilkⅡ转化,其结晶度也随之提高;TGA测试表明改性丝素膜的热转变温度比纯丝素膜有所改变.     

光谱法研究pH值对再生桑蚕丝素蛋白在水溶液中结构的影响

通过一系列光谱实验手段研究了再生桑蚕(Bombyx mori)丝素蛋白在水溶液中的构象转变情况. 由于丝素蛋白含有较多带电荷的氨基酸残基, 因此环境pH值对丝素蛋白的结构有着一定的影响: 酸性越强, 丝素蛋白越容易发生从无规线团到β-折叠结构转变; 相对而言, 碱性条件则更有利于丝素蛋白以无规线团结构稳定存在. 特别是当pH在4附近时, 丝素蛋白的无规结构最易发生改变; 而pH为6左右时, 丝素蛋白的结构则较为稳定. 这种变化趋势与沿着成熟蚕腺体中丝素蛋白所处的环境及其状态相当吻合, 由此表明pH值的调节是蚕在生物体中控制其丝素蛋白状态的一个相当重要的手段. 这一结果对人工纺制动物丝条件的调控有着极其重要的现实意义. 同时我们还发现, 在相当宽的pH范围内, 丝素蛋白的二级结构存在着中间体形态, 表明丝素蛋白的变性过程不符合简单的二态机制.     

用桑蚕丝素蛋白固定脲酶的研究及脲酶电极的制备

提出了一种新的酶固定化方法, 即通过甲醇处理, 使蚕丝素蛋白膜的构象由random coil向β-sheet发生根本性的变化, 从而将酶固定在β-sheet所特有的分子间氢键中。利用此方法所制成的脲酶电极, 在合适的操作条件下, 各项响应指标均令人满意, 并且脲酶的耐温性能被大大提高, 电极的有效使用寿命长达三个月以上。此种酶固定化方法原则上能够应用于其他不破坏蚕丝素蛋白分子结构的可溶性酶。     

蛋白质接枝共聚研究进展

接枝共聚是一种有效的化学修饰方法,经过接枝改性后,高分子化合物的物理、机械和化学性质都能得到改善。文章从引发体系、接枝单体两个方面综述了酪蛋白和丝素蛋白的接枝共聚改性机理以及接枝产物的结构和性能。接枝反应中引发剂浓度和接枝单体浓度都有一个最佳值,接枝产物的热性能和力学性能都有所提高。     

桑蚕丝素蛋白初始结构对其矿化作用的影响

以碱金属离子诱导桑蚕丝素蛋白溶液发生构象转变, 研究了蛋白质初始结构对其矿化作用的影响. FT-IR, XRD和SEM等测试结果显示, 未经任何处理的桑蚕丝素蛋白溶液矿化后形成片状复合物, 其无机相以二水磷酸氢钙(DCPD)为主; 而经过K^＋和Na^＋金属离子处理后, 桑蚕丝素溶液的结构由无规线团/螺旋构象向β-折叠发生转变, 矿化后成纤维状, 并相互结合呈现纳米级的三维多孔结构, 其无机相以热力学稳定的羟基磷灰石(HA)为主. 可以认为, 丝素蛋白结构转化为较伸展的β-折叠后, 使得更多的亲水基团暴露在外面, 在丝素蛋白分子不断凝聚成纤过程中, HA结晶快速生长并附着在这些微纤上, 最终形成纤维状的丝素蛋白/HA复合物. 该结果为阐明蛋白质的生物矿化过程及其调控机理提供了理论依据, 同时可以从矿化复合物的形成来反映这些微量元素可能对骨组织形成的影响, 为临床骨组织的修复提供一定的参考.     

天然蚕丝丝素蛋白的乳化活性

采用不同油相制备了系列丝素蛋白乳液, 研究了丝素蛋白浓度、 油相体积分数和油相极性对丝素蛋白的乳化活性指数、 丝素蛋白乳液的稳定性和类型及乳液液滴的微观形态、 粒径与zeta电位的影响, 探讨了丝素蛋白的乳化活性和乳液稳定机制. 结果表明, 丝素蛋白具有两亲性和表面活性, 可在油水界面富集并形成稳定的黏弹性保护膜; 丝素蛋白的乳化活性随其浓度的增大而减小, 随油相体积分数的增大而增大; 丝素蛋白浓度和油相体积分数的增加可提高稳定乳液体积分数.     

蚕丝蒸汽闪爆改性后的形态结构研究

采用蒸汽闪爆技术对蚕丝进行物理改性 ,利用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射、热分析等现代分析方法对处理前后的蚕丝进行形态结构表征 ,结果表明经蒸汽闪爆处理后 ,蚕丝表面形态 ,结晶结构 ,溶解性能有较大的改变 ,蚕丝的化学反应性能有了一定的改善 .     

桑蚕丝素-RGD融合蛋白的固态结构及其细胞粘附性分析

利用基因工程方法把含有短肽RGD的氨基酸序列连接到桑蚕丝素蛋白的结晶序列GAGAGS上, 通过调节DNA的聚合度, 合成了具有[TGRGDSPA(GVPGV)₂GG(GAGAGS)₃AS]_n一级结构、不同分子量大小的桑蚕丝素-RGD融合蛋白, 并且通过在M9培养基中添加[3-¹³C]Ala的方法进行融合蛋白的稳定同位素标记. ¹³C CP/MAS NMR结果显示, 融合蛋白中的GAGAGS部分具有与天然桑蚕丝素结晶部分相同的分子结构, 即Silk I处理后为均一的分子结构, 而Silk II处理后为不均一的分子结构, 它包含了三种不同的结构成分. 另一方面, 通过对小鼠成纤维细胞BALB/3T3在不同蛋白材料载体上的粘附和增殖性能的测定结果显示, 融合蛋白对细胞的增殖性能与天然胶原蛋白相近, 但表现出了比胶原蛋白更好的细胞粘附性能. 该研究结果显示, 如果对该桑蚕丝素-RGD融合蛋白进行适当加工, 可能适合于组织工程支架材料的应用.     

丝素蛋白纤维的接枝聚合Ⅲ．丝素蛋白纤维的接枝聚合染色

本文提出了通过接枝聚合物将丝素蛋白纤维的染色的设想：在染料分子上引入丙烯酰基，然后将其接枝到丝素蛋白纤维表面。将2－羟基－4－丙烯酰氧二苯酮（HAOBP），1－羟基－2－丙烯酰氧蒽醌（HAOAQ）和1，5，8－三羟基－2－丙烯酰氧蒽醌（THAOAQ）等三种染料，分别用无引发剂存在下的接枝聚合法接枝到丝素蛋白纤维表面，使丝素蛋白纤维分别染成了浅黄、浅红和浅紫三种颜色。这样染色了的丝素蛋白纤维在浓酸或浓碱溶液中回流，未发生任何裉色现象，并且其热稳定性和紫外稳定性也得到了显著的改善。力学性能未下降。采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）与染料单体共同进行接枝聚合染色，可以提高丝素蛋白纤维的光泽度，并可将接枝整理和染色两道工序合而为一。HAOBP、HAOAQ和THAOAQ在丝素蛋白纤维上的接枝率（mol单体／g丝），具有如下顺序，HAOBP＞HAOAQ＜THAOAQ。该顺序与它们的亲水性顺序恰好相反，这一结果支持了Imoto等人的无引发剂存在下的接枝聚合发生在丝素蛋白纤维的疏水区域的观点。     

大豆分离蛋白甲基丙烯酸接枝共聚物的合成与表征

以过硫酸铵为引发剂、2-巯基乙醇为蛋白质变性剂,在浓度为8mol／L尿素溶液中进行了大豆分离蛋白与甲基丙烯酸的接枝共聚反应;傅里叶红外光谱和核磁共振谱证明,甲基丙烯酸成功地接枝到了大豆分离蛋白上;相关影响因素的单因数实验研究表明,各因数的最佳值分别为：引发剂浓度16mmol／L,单体浓度2．4mol／L,反应温度80℃,反应时间4h,巯基乙醇浓度0．05mol／L。     

类珍珠质结构的再生丝素蛋白/文石复合材料的仿生制备

详细研究了不同浓度的聚丙烯酸(分子量为2000, PAA-2k)和镁离子对碳酸钙在再生丝素蛋白(RSF)膜表面结晶的影响. 发现单独采用PAA-2k时, 碳酸钙主要以方解石形式在RSF膜表面沉积成膜; 若加入一定量的镁离子参与共同调控, 碳酸钙则有可能在RSF膜表面形成以文石为主的连续薄膜, 进而得到了具有类珍珠质结构的层状RSF/文石复合材料. 我们认为, 吸附在RSF膜表面的PAA对碳酸钙成核诱导作用及其溶液中PAA对碳酸钙结晶抑制作用共同导致RSF膜表面碳酸钙薄膜的形成.     

丝素蛋白纤维的接枝聚合Ⅰ.用四价铈盐引发丝素蛋白纤维接枝烯类紫外稳定剂

本文研究了四价铈盐引发桑蚕丝素蛋白纤维接枝聚合烯类紫外稳定剂,2-羟基-4-丙烯酰氧二苯酮(HAOBP)的反应。有机溶剂作为反应介质对接枝聚合有重要影响,丝素蛋白纤维在不同溶剂中接枝聚合HAOBP,其接枝率具有下列顺序: DMSO>DMF>DMAc>Acetone>MeOH>EtOH 扫描电镜照片表明,接枝丝素蛋白纤维表面趋于粗糙,这种现象由接枝于表面的聚合物所引起。本文还用红外光谱和紫外光谱表征了接枝丝素蛋白纤维。热重分析结果表明,接枝丝素蛋白纤维的热稳定性和紫外稳定性都得到了显著的改善。力学性能测试结果说明,接技丝素蛋白纤维的断裂强度和断裂延伸率大幅度下降。     

丝素蛋白纤维及功能化材料的设计与构筑

随着环境污染、资源枯竭和医疗健康等问题的加剧,研发同时满足特定使用性能、安全性及可再生性的新型材料成为当前的发展趋势.而丝素蛋白材料正是以天然蚕丝为基本原材料,经一定的加工和功能化而形成的具有特殊结构、独特性能和广泛应用的生物质材料,近年来在生物医药、生物电子、智能传感等领域展现出巨大的应用潜力.本专论总结了丝素蛋白纤维及功能化材料的最新成果,结合本课题组相关工作,重点阐述了再生丝素蛋白纤维的仿生制备、生物医用支架的构筑与功能化、智能电子材料的设计以及天然多功能蚕丝及其构筑基元制备的研究进展,以期为高性能丝素蛋白材料的设计与构筑提供指导和借鉴.     

甘油对丝素蛋白膜水溶性和结构的影响

探讨了甘油的加入对丝素蛋白溶解过程的结晶结构及结晶度的影响. 以甘油为添加剂用流延法于室温制备一系列丝素共混膜, 测试了其含水率、溶失率及结构和机械性能. 结果表明, 随着甘油加入量的增加, 丝素蛋白的溶失率逐渐降低; 当甘油/丝素质量分数超过10%时, 共混膜呈现水不溶性. 当甘油加入量较少时, 丝素蛋白呈现少量的Silk Ⅱ结晶, 而Silk Ⅰ结构不明显. 随着甘油含量的不断增加, Silk Ⅰ结晶逐渐增加而Silk Ⅱ结晶逐渐减少. 当甘油加入量达到不溶点(10%)时, 丝素蛋白主要转变为Silk Ⅰ结晶, 而几乎没有Silk Ⅱ结晶. 甘油的加入可使共混膜的柔韧性显著提高, 并促使丝素蛋白结晶度提高以及促使丝素蛋白向Silk Ⅰ结晶转变, 从而降低丝素蛋白膜的水溶性.