光固化丝素蛋白水凝胶(EFL-SilMA系列)
丝素蛋白(SF)来源于蚕丝的脱胶处理,是一种由多种氨基酸组成的高分子聚多肽。SF分子包括一条疏水肽链(H链)和一条亲水肽链(L链)。H链和L链特殊的氨基酸序列使其可形成多种蛋白质二级构象,不同结构之间可以相互转化,并且与丝素蛋白材料的可溶性、降解性、化学稳定性和机械性能等性质息息相关。可以通过调控丝素蛋白的二级结构从而有效控制丝素蛋白材料的各种性能,包括制备高强度,高取向材料等。SF具有良好的生物相容性、可生物降解性、高拉伸强度等特点,已被用于各种生物医学领域,包括伤口敷料、人造血管、细胞培养等。其已被美国食品药品管理局(FDA)所认证,是一种极具潜力的生物材料。EFL团队为满足不同的应用需求,推出了系列丝素蛋白水凝胶。
01.水溶性丝素蛋白(EFL-SF)
丝素蛋白因自身的高度结晶性而无法在水中溶解,这种疏水特性使其与水凝胶等亲水体系复合时难以得到均匀结构。为了提高丝素蛋的分散性,常以盐溶及透析等步骤得到丝素蛋白溶液,随后再进行相应复合材料制备。此丝素蛋白溶液制备过程繁杂,稳定性差,容易自发凝胶化,因此限制了其生物学应用。
EFL团队优选高品质桑蚕茧,通过一系列工艺制得可在水中快速溶解的丝素蛋白产品EFL-SF系列,该产品具有良好的水溶性和稳定性,材料扩展性强,可与多种类型水凝胶如GelMA、HAMA等配合使用以适应不同应用领域的需求。
02.光固化丝素蛋白(EFL-SilMA)
丝素蛋白溶液为半稳态胶体溶液,可以通过剪切力、超声、温度、有机溶剂等诱导凝胶化,但这种凝胶方式其过程难以控制,无法适应细胞培养、3D打印等应用领域。
甲基丙烯酰化丝素蛋白(SilMA)是通过甲基丙烯酸缩水甘油酯对SF进行甲基丙烯酰化改性,在SF分子上引入双键。由于SF分子特殊的空间结构,其在改性前极易形成结晶而难溶于水。引入额外的化学基团后,其可在水中快速溶解,这使SilMA可被光固化为水凝胶。EFL团队推出的EFL-SilMA产品通过严格的原料筛选及品质监控,具有稳定的理化性质,其在可见光照射下10秒内便固化成胶,生物相容性良好,材料可扩展性强,能够提供多种黏弹特性以适应不同应用领域。
理化性能
图1 EFL-SilMA制备过程及核磁氢谱
图2 EFL-SilMA不同浓度流变学特性:(A)光固化过程;(B)固化后储能模量;(C,D)黏度,纯水及蜂蜜作参考。
3D打印性能
EFL-SilMA水凝胶固化迅速且具有可调的机械性能,其在投影式光固化3D打印应用上呈现优秀的成型效果。配合EFL团队研发的EFL-BP-86系列光固化生物3D打印机,可轻松实现SilMA的复杂结构制造。
【产品应用】“小小蚕茧的大应用”,丝素蛋白基光交联水凝胶
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