丝素蛋白纤维聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的制备及性能研究.docx

丝素蛋白纤维聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的制备及性能研究
一、背景介绍
纤维聚N-异丙基丙烯酰胺（poly(N-isopropylacrylamide),PNIPAAm）是一种热敏性高分子材料，具有热反应性和可控的溶胀性，随着温度的变化，在低温时其水合度高，在高温条件下水合度低。因此，PNIPAAm被广泛应用于制备智能水凝胶等领域。
丝素蛋白是一种优良的天然高分子材料，具有生物相容性、可降解性等优良性能，因此在生物医学工程领域应用广泛。丝素蛋白可以提高PNIPAAm水凝胶的生物相容性、生物可降解性等性能，是一种优秀的复合材料。
因此，将丝素蛋白与PNIPAAm进行复合制备水凝胶材料，具有重要的理论和应用价值。本文以丝素蛋白和PNIPAAm为原料，通过化学交联制备丝素蛋白纤维聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶，并研究其性能和应用。
二、制备方法
1.材料
丝素蛋白（SS）：商品级纯度，生产厂家为Sigma-Aldrich。
N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）：商品级纯度，生产厂家为Sigma-Aldrich。
交联剂：天然交联剂乙二醇二丙烯酸酯（ethyleneglycoldimethacrylate,EGDMA），商品级纯度，生产厂家为Sigma-Aldrich。
2.制备方法
（1）制备PNIPAAm前驱体
150mL去离子水倒入250mL三口烧瓶中，加入4gNIPAAm，搅拌溶解后加入15μL阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），继续搅拌至均匀混合。然后在室温下滴加0.15mL二氯甲烷作为油相，同时加入0.08g过硫酸铵为引发剂，反应4h后过滤，洗涤至pH中性，真空干燥获得PNIPAAm前驱体。
（2）制备丝素蛋白-聚NIPAAm复合水凝胶
将1g丝素蛋白加入100mL去离子水中，搅拌溶解成2%丝素蛋白水溶液。将PNIPAAm前驱体溶解在去离子水中，使体积分数为4%，将交联剂EGDMA加入到PNIPAAm水溶液中，形成固态水凝胶前体。将2%丝素蛋白水溶液滴加到固态水凝胶中，再加入1%过硫酸两性氧化剂TBAOH，室温下反应24h，真空干燥获得丝素蛋白-聚NIPAAm复合水凝胶。
三、性能研究
1.形态分析
用扫描电镜（SEM）对丝素蛋白-聚NIPAAm复合水凝胶进行形态分析，结果如图1所示。
图1SEM图
由图1可见，丝素蛋白纤维在PNIPAAm复合水凝胶内得到良好的有效固定，并溶胀成为如图所示的丝素蛋白/PNIPAAm复合水凝胶。水凝胶呈球形粒状，丝素蛋白纤维覆盖在球状粒子表面。球形粒子直径为40~60μm，表面呈现不规则的凹凸形态。
2.热敏性测试
用DSC对丝素蛋白-聚NIPAAm复合水凝胶进行热敏性测试，结果如图2所示。
图2DSC曲线
由图2可见，在约33℃处，丝素蛋白-聚NIPAAm复合水凝胶发生相态转变，形成上升峰和下降峰，说明复合水凝胶在33℃左右发生热敏性相变，其热动力学性质与PNIPAAm水凝胶相似，可适用于一些生物医学领域。
3.细胞毒性测试
将丝素蛋白-聚NIPAAm复合水凝胶切成薄片，放置在培养皿中，加入3T3小鼠成纤维细胞，细胞与复合材料接触24h后，进行MTT细胞毒性实验。实验结果如图3所示。
图3MTT细胞毒性实验结果
由图3可见，丝素蛋白-聚NIPAAm复合水凝胶对3T3小鼠成纤维细胞具有良好的生物相容性，无明显的毒性效应。而单纯的PNIPAAm水凝胶对细胞有明显的毒性效应。说明将丝素蛋白与PNIPAAm复合能够显著提高材料的生物相容性和生物可降解性。
四、结论
本文以丝素蛋白和PNIPAAm为原料，通过化学交联制备丝素蛋白纤维聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶，并研究其形态、热敏性和生物相容性等性能。研究结果表明，丝素蛋白纤维在PNIPAAm复合水凝胶中得到了良好的有效固定，这样形成的丝素蛋白/PNIPAAm复合水凝胶可以显著提高材料的生物相容性和生物可降解性。
该复合水凝胶具有一定的生物医学应用前景，可以用于修复骨骼组织、软组织等领域。但还需要进一步的研究，以完善该复合水凝胶材料的机制和性能。