摘要
絲素蛋白（Silk Fibroin）因其優(yōu)異的生物相容性、可控降解性和高機(jī)械強(qiáng)度，被視為組織工程和再生醫(yī)學(xué)的理想材料。然而，傳統(tǒng)電紡絲技術(shù)需依賴添加劑（如聚環(huán)氧乙烷，PEO）調(diào)節(jié)溶液粘度和導(dǎo)電性，但這些添加劑可能殘留在成品中，增加生物安全風(fēng)險(xiǎn)。本研究首次系統(tǒng)探索了無(wú)添加劑電紡再生絲素蛋白非織造布的可行性，通過(guò)調(diào)控溫度（25–35°C）和相對(duì)濕度（25–30% RH）等工藝參數(shù)，優(yōu)化纖維形態(tài)與機(jī)械性能。實(shí)驗(yàn)表明：30°C、25% RH下，纖維直徑最均勻（998±63 nm），抗穿刺力最高（0.20 N）。甲醇浸泡顯著提升纖維均一性（直徑標(biāo)準(zhǔn)差降低50%）和機(jī)械穩(wěn)定性。所有樣品均通過(guò)細(xì)胞毒性測(cè)試，證實(shí)其適用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
一、添加劑（PEO）的替代方案
初步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)電紡需添加PEO（比例4:1）以穩(wěn)定泰勒錐（Taylor Cone），但混合溶液易分層（5分鐘內(nèi)分解）。通過(guò)溶劑蒸發(fā)法將絲素濃度提升至45 wt%，成功實(shí)現(xiàn)無(wú)添加劑電紡絲素蛋白非織造布（圖1）。
圖1 由不同濃度的純絲素溶液在22℃和30 RH下制成的非織造布
二、溫度與濕度的影響
纖維形貌：25°C、30% RH：纖維表面液滴增多，直徑標(biāo)準(zhǔn)差大。35°C、30% RH：纖維直徑差異最大（418 nm），結(jié)構(gòu)松散。30°C、25% RH：纖維最均勻（998±63 nm），無(wú)缺陷（圖2）。
圖2 不同溫濕度下的絲素蛋白纖維SEM圖像
高溫（35°C）導(dǎo)致溶劑蒸發(fā)過(guò)快，纖維表面硬化不均；高濕度（30% RH）抑制溶劑揮發(fā)，纖維固化不完全?？勾┐塘Γ?0°C、25% RH下最高（0.20 N），35°C、30% RH最低（0.11 N）。厚度與伸長(zhǎng)率：高溫高濕環(huán)境下，非織造布厚度增加（106 μm），但機(jī)械強(qiáng)度下降。
三、甲醇后處理的提升效果
甲醇處理使纖維直徑增加2~20%，但標(biāo)準(zhǔn)差降低50%，孔隙率下降，纖維間結(jié)合更緊密（圖3）。甲醇誘導(dǎo)β-片層結(jié)晶，增強(qiáng)非織造布的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，便于從收集板上剝離。
圖3 甲醇處理前后的纖維直徑
四、生物相容性驗(yàn)證
細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)表明：純絲素蛋白非織造布的細(xì)胞代謝活性與陰性對(duì)照組（TCC）無(wú)顯著差異（p>0.05），遠(yuǎn)高于陽(yáng)性對(duì)照組（含ZDEC的聚氨酯膜）。染色顯示，纖維表面細(xì)胞存活率>95%，形態(tài)舒展，無(wú)毒性跡象（圖4）。
圖4 絲素蛋白非織造布的細(xì)胞毒性結(jié)果
結(jié)論
本研究證實(shí)，通過(guò)精確控制溫濕度（30°C、25% RH）和溶劑蒸發(fā)法提升絲素濃度，可完全替代傳統(tǒng)添加劑，制備出高均一性、高生物相容性的絲素非織造布。未來(lái)研究方向包括：
（1）工藝擴(kuò)展：測(cè)試更低溫度（<25°C）或更高濃度（>50 wt%）的可行性。
（2）生產(chǎn)效率提升：探索同軸電紡或針頭陣列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
（3）功能化改性：結(jié)合聚己內(nèi)酯（PCL）等材料，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械性能與生物活性。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.01.010
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