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丝素蛋白复合石墨烯类材料在生物医学领域中的研究进展

来源:搜集整理   日期:2020-12-29   点击数:

  摘    要:
  
  丝素蛋白是一种天然生物聚合物,因其具有独特的弹性、柔韧性、生物相容性和生物可降解性而在生物医学领域有很大的应用潜力。然而,低成骨能力和力学性能不足限制了其在骨科等领域的应用。石墨烯是一种碳质新材料,具有强度高、延展性能优良以及导热系数高、电子迁移率高和电阻率低等特性。以氧化石墨烯、还原氧化石墨烯为代表的石墨烯类纳米材料在保持石墨烯特性的基础上,又分别被赋予了良好的水溶性、生物相容性及电化学活性等卓越的理化性能,近年来已成为生物医学领域的研究热点。研究发现,将丝素蛋白与石墨烯类材料联合应用,可结合各自特点以制备出性能更优的复合材料,从而开辟更广阔的应用前景。本文综述了丝素蛋白复合石墨烯类材料的制备方法、性能及其在生物医学领域的应用,并展望了此类复合材料在生物医学领域未来的发展趋势。
  
  关键词:
  
  丝素蛋白 石墨烯 氧化石墨烯 还原氧化石墨烯 复合材料 生物医学
  
  Research Progress of Composites Based on Silk Fibroin/Graphene Materials for Biomedical Applications
  
  FANG Min WANG Lu HOU Jiaxin NAN Xiaoru ZHAO Bin
  
  School of Stomatology, Shanxi Medical University;
  
  Abstract:
  
  Silk fibroin is a natural biopolymer with strong potential for biomedical applications due to its extraordinary characteristics including elasticity,flexibility,biocompatibility and biodegradability. However,the low osteogenic capacity and mechanical property deficiency have limited applications for silk fibroin in the orthopedic area. Graphene is a new carbon material. Nano-materials based on graphene such as graphene oxide and reduced graphene oxide have excellent physical and chemical properties,which have become a hot research topic in biomedical field in recent years. Composite materials with better performance can be produced by combing such two materials with their own characteristics,which could open up a wider application prospect. In this paper,the preparation methods and properties of silk fibroin/graphene composites and their applications in biomedical field are reviewed. Moreover,the future development of these composites in biomedical field is prospected.
  
  Keyword:
  
  silk fibroin; graphene; graphene oxide; reduced graphene oxide; composite materials; biomedical application;
  
  0 引言
  
  组织工程及原位组织再生的目标是构建与活体具有相同或相近结构、功能的组织和器官,其经典模式是构建支架材料-种子细胞-生长因子复合物并将其植入组织缺损部位,可为组织缺损的修复及再生提供全新的思路与方法。不难看出,支架材料在组织修复过程中对于血管和组织再生起着辅助和诱导作用,其应该具有优良的生物相容性、可调控的降解速率、适当的孔隙结构以及足够的机械强度。为了获得更好的组织修复效果,大量学者仍致力于组织工程支架的制备与改性研究。模拟天然细胞外基质(ECM)的精细结构及成分是当前支架材料的研究热点之一,因此,支架的构建材料及制备方法的选择显得尤其重要。
  
  丝素蛋白是一种性能较佳的天然生物材料,安全无毒、无刺激性,且具有独特的力学性能和良好的生物学活性,不但可以单独用于组织工程支架的构建,还可与其他生物材料联用构建各种支架,广泛应用于皮肤、黏膜、血管、神经、骨及软骨等组织工程领域[1-6],是构建组织工程支架的理想材料之一。
  
  石墨烯是一种碳质新材料,具有强度高、延展性能优良以及导热系数高、电子迁移率高和电阻率低等特性,在电子、航天、光学、力学和储能等领域有极大的应用前景。通过空间构型改变、调控电子结构和构成复合材料等手段可以调节石墨烯类材料的性质,制备各类石墨烯衍生物,从而实现不同应用目的。石墨烯在生物医学领域应用较多的是氧化石墨烯,它是在保持石墨烯特性的基础上,通过化学方法引入丰富的含氧官能团,使得氧化石墨烯具有良好的水溶性和更优越的活泼性,也为连接各种有机小分子、高分子、生物大分子及其他功能基团提供了大量活性位点。此外,经研究证实,植入体内的氧化石墨烯材料所产生的细胞毒性较低,具有良好的生物相容性。还原氧化石墨烯是石墨烯的又一种常用衍生物,是在氧化石墨烯的基础上进行还原,丢失部分含氧官能团而生成,较氧化石墨烯而言,它的性质更为稳定。此外,还原氧化石墨烯不仅具有良好的生物相容性,还被赋予了导电性和电化学活性等性能[7]。与原始石墨烯相比,石墨烯衍生物(氧化石墨烯/还原氧化石墨烯)在水介质中表现出更高的稳定性能,且增强了材料内部的界面粘结,促进了复合材料内部的应力传递,可作为生物复合材料中具有吸引力的纳米级材料。近年来,石墨烯及其衍生物在医学领域的发展备受关注,在抑菌制剂,组织工程,生物传感器,药物、基因传递系统等领域已得到广泛研究[8-12]。
  
  将有机材料与无机材料加以复合形成复合材料,可以克服单纯材料的缺点,并能综合其优点。尤其是近些年对纳米材料或纳米复合材料的研究有了新的突破,这已成为组织工程支架研究的方向之一。丝素蛋白与石墨烯已经各自形成了较多类型的复合材料,基于丝素蛋白及石墨烯良好的生物学性能以及二者之间存在的独特的相互关系,近年来,丝素蛋白与石墨烯及石墨烯衍生物等材料的复合应用逐渐引起了研究者的关注。本文综合国内外相关文献,就丝素蛋白复合石墨烯类生物材料的制备方法、性能及其在生物医学领域的应用进行了综述。
  
  1 丝素蛋白复合石墨烯类材料的制备方法及性能
  
  根据丝素蛋白复合石墨烯类生物材料所形成复合物的形态不同,可分为复合膜、静电纺丝纤维(垫)、复合多孔支架、复合水凝胶等。常用的制备方法包括以下几种。
  
  1.1 流延法
  
  流延法高分子薄膜制备是一种经混合、蒸发、干燥、切割等工艺后得到所需成品的薄膜制备技术。该法制作成本低、生产效率高,且可对膜片厚度实现精准控制。Liang等[13]通过简单的溶液流延法制备了氧化石墨烯片(85%,质量分数)和丝素蛋白(15%,质量分数)层状结构复合膜。经测试,该复合膜显示出高达(221±16) MPa的拉伸强度和(1.8±0.4)%的失效应变,超过天然珍珠质。而且这种复合膜还具有(17.2±1.9) GPa的高弹性模量。分析认为这种复合膜的高力学性能源于其高含量氧化石墨烯(85%)致密的层状结构以及丝素蛋白链与氧化石墨烯片之间强氢键的相互作用。Wang等[14]用此法制备了氧化石墨烯/丝素蛋白纳米复合薄膜,研究表明,Silk Ⅱ结构含量与氧化石墨烯含量(质量分数由0.5%增加到1%)呈正相关。Silk Ⅱ结构的增加主要与丝素蛋白分子链上的极性基团和氧化石墨烯官能团之间的分子间作用力有关。随着氧化石墨烯含量的增加,复合膜的拉伸强度和弹性模量逐渐增大,但是断裂伸长率逐渐降低。这一结果首先归因于氧化石墨烯和丝素蛋白之间的强相互作用阻碍了丝素蛋白链的滑移,同时,纳米复合材料中Silk Ⅱ组分的增加也与延性降低有关。
  
  1.2 动态自旋辅助逐层组装法
  
  动态自旋辅助逐层组装法(SA-LbL)是在不断旋转的基体上滴入溶液,通过高动力学吸附和溶剂(水)快速蒸发来消除松散附着的分子,固定二级结构,并将生物大分子锚定在基底上,从而得到叠层纳米复合材料。Hu等[15]利用此技术制备了由丝素蛋白基体和氧化石墨烯片交替组成的薄而坚韧的纳米复合膜。5 nm厚的丝素蛋白层覆盖0.95 nm厚的氧化石墨烯片,随着氧化石墨烯片层数的增加,纳米膜上氧化石墨烯的体积分数从3%增加到23.5%。同时,用甲醇对样品进行强化处理,促使丝素蛋白中β-折叠结构的生成。经测试,该膜拉伸强度达到145 GPa,极限应力接近300 MPa,超过文献报道的具有相似成分的传统层叠薄膜,且远远高于Halpin-Tsai模型的预测值。他们将这一差异归因于一种相间强化机制,认为氧化石墨烯作为力学增强相可以有效提高基体间界面结合力,促进应力在基体与增强相之间转移,极大增强复合材料的机械强度。
  
  此外,有实验证实[16],利用SA-LbL技术制备氧化石墨烯/丝素蛋白纳米纤维膜后,再通过界面结构退火可增强材料的硬度、强度和弹性模量。退火技术是将材料加热到适当温度,根据材料尺寸采用不同的保温时间,然后进行缓慢冷却,目的是使材料内部组织达到或接近平衡状态,获得良好的工艺性能和使用性能。研究发现,在水蒸气退火过程中,水分子作为塑化剂逐渐渗透到丝素层中,增加了丝素蛋白链的迁移率[17]。这样,不仅丝素蛋白可以直接组装成纳米纤维,牢固地粘附在相邻的氧化石墨烯片上,有效增加剪切强度,而且丝素蛋白分子保持低水平的分子聚集,从而确保分级结构的均匀性。因此,具有更多均匀的β折叠域的丝素蛋白纳米纤维和氧化石墨烯层形成了有序排列和组装,产生更强的界面相互作用。同时,分子间链的无定形区在退火后连接不同的β-折叠区域,形成跨越所有分子间链层甚至相邻分子间链层的连续“桥”,从而提高了氧化石墨烯/丝素蛋白纳米膜的模量、韧性和强度。利用SA-LbL技术制备的丝素蛋白/氧化石墨烯复合纳米膜的力学性能明显优于目前已知的传统柔性层压碳纳米复合材料,可用作高强度结构材料。
  
  1.3 静电纺丝法
  
  静电纺丝是一种使带电荷的聚合物溶液或熔体在静电场中射流来制备聚合物纳米级纤维的加工方法。以此技术制备的纳米纤维支架具有极高的比表面积、高孔隙率和相互连通的三维网络状结构,相对于传统技术制备的材料支架能够更好地模拟天然细胞外基质的结构特点。Zhao等[18]制备了含不同石墨烯浓度的电纺石墨烯/丝素蛋白膜,电化学分析显示电纺石墨烯/丝素蛋白膜具有电活性。膨胀比和接触角测量结果表明,电纺石墨烯/丝素蛋白膜具有较大的吸附容量和亲水性表面,且随着石墨烯浓度的增加,电纺石墨烯/丝素蛋白膜的电化学性能、力学性能逐渐增强。L929体外细胞毒性实验表明,电纺石墨烯/丝素蛋白膜具有良好的生物相容性。Aznar-Cervantes等[19]制备了电纺氧化石墨烯/丝素蛋白和还原氧化石墨烯/丝素蛋白样品,发现随着氧化石墨烯被抗坏血酸还原为还原氧化石墨烯,还原氧化石墨烯/丝素蛋白样品同时具备了生物活性和电活性,能更好地支持细胞增殖。这也许可以更好地模拟人体内微电流环境对细胞所产生的生物学效应。
  
  1.4 冷冻干燥法
  
  冷冻干燥是利用升华原理进行干燥的一种技术,是将被干燥的物质在低温下快速冻结,然后在适当的真空环境下,使冰晶升华,从而达到低温脱水的目的,其基本原理是在低温、低压下传热传质。Wang等[20]以丝素蛋白和氧化石墨烯为材料,以甘油为交联剂,通过冷冻干燥法成功制备了丝素蛋白/氧化石墨烯三维多孔支架。研究发现,通过冷冻干燥法制备的多孔支架具有丰富均匀的孔隙,随着氧化石墨烯的加入,支架的平均孔径减小,支架结构相对稳定。酶降解实验显示,与丝素蛋白支架相比,氧化石墨烯的加入增强了支架抵抗酶降解的能力。该复合材料整体表现出良好的力学性能、生物降解性、药物释放性和细胞相容性。Mehdi Narimani等[21]通过此法也成功制备了含不同浓度氧化石墨烯的丝素蛋白/氧化石墨烯多孔支架,发现在丝素蛋白中加入氧化石墨烯有利于提高吸水率,从而有助于药物或营养物质进入多孔支架的内部。同时,红外光谱结果表明,氧化石墨烯的羧基、羰基等官能团和丝素蛋白上的羟基之间形成氢键,使氧化石墨烯和丝素蛋白产生部分结合,从而提高了材料的抗压强度和弹性模量。
  
  1.5 交联法
  
  单纯的交联法常被用来制备复合水凝胶,分为物理交联和化学交联。其中,物理交联是一种比较温和的交联方法,主要是通过紫外光、温度、调节pH、涡旋、超声波等方法,利用物理作用力如电荷作用、氢键、范德华力、大分子自组装等弱力在共聚物链之间发生相互作用,从而进一步形成水凝胶。物理交联的优点是无需加入任何化学催化剂和引发剂。然而大量研究表明,物理交联的纯丝素蛋白凝胶普遍存在结构稳定性低、力学性能差的问题。化学交联反应是指2个或者更多的分子(一般为线型分子)相互键合交联成网络结构的较稳定分子(体型分子)的反应。这种反应使线型或轻度支链型的大分子转变成三维网状结构,以此提高强度、耐热性、耐磨性、耐溶剂性等性能。化学交联一般通过缩聚反应和加聚反应来实现。常用的化学交联试剂有环氧化合物(PGDE)、戊二醛、碳化二亚胺(EDC)、京尼平等。化学交联的优点是水凝胶的机械强度可控,生理稳定性良好,但在交联过程所用化学交联试剂难以去除,水凝胶生物相容性有所降低,弹性较差。
  
  从已报道的文献来看,无论是通过光交联得到的丝素蛋白/氧化石墨烯复合水凝胶[22],或是本题组以碳化二亚胺(EDC)及N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)作为交联剂制备的丝素蛋白/氧化石墨烯复合凝胶[23],都显著改善了复合凝胶材料的力学性能。与原始丝素蛋白水凝胶相比,丝素蛋白/氧化石墨烯复合水凝胶具有优异的拉伸力学性能和压缩强度。同时本课题组的实验结果表明,以碳化二亚胺(EDC)及N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)作为交联剂制备丝素蛋白/氧化石墨烯复合凝胶时,氧化石墨烯的加入能有效缩短复合材料的凝胶时间,并使材料的降解时间延长[23],这为目前凝胶材料普遍存在的降解速率过快问题提供了可行的解决策略。通过氧化石墨烯改性的新型丝素蛋白复合凝胶材料,有望应用于组织工程支架领域,发挥其支撑、诱导及载药等生物功能。
  
  总体而言,石墨烯类材料的加入使得丝素蛋白复合支架的力学性能(弹性模量、拉伸强度、压缩强度)等得到了增强,分析原因主要有:(1)石墨烯及石墨烯衍生物的加入诱导丝素蛋白分子中更多β-折叠片层的形成,在分子间氢键的作用下,具有β-折叠片层结构的丝素蛋白可发生自组装,形成有序的纤维结构。(2)石墨烯及石墨烯衍生物与丝素蛋白间形成不同的分子间作用力(氢键、极性基团及疏水性相互作用等),产生部分交联,石墨烯及石墨烯衍生物在复合材料中充当了类似“桥梁”的角色,从而使得材料在整体受力时,通过这种桥梁结构得以分散,避免产生过多应力集中。
  
  2 丝素蛋白复合石墨烯类材料的生物医学应用
  
  2.1 骨、软骨组织工程
  
  骨缺损、软骨损伤等由于移植物来源短缺或者移植后存在多种副反应,治疗上非常困难,成为骨科领域亟待攻克的难题。基于丝素蛋白的韧性及多孔丝素蛋白纤维具有高孔隙率、高比表面积等特点,使用丝素蛋白作骨组织工程支架的研究日趋得到发展。
  
  Park等[24]利用丝素蛋白制作纳米级三维多孔支架,在支架上种植MC3T3-E1成骨细胞,经过DNA计数和MTT法测试,分析细胞的增殖和新陈代谢能力,发现细胞总体生长良好。将支架移植入骨损伤的小鼠体内,7周后,小鼠的骨完全恢复。这说明丝素蛋白在骨组织工程研究和应用上是有潜力的。
  
  单一的丝素支架材料虽然在骨组织工程上表现出较好的性能,但仍存在一定缺陷,如对骨细胞的吸附能力不佳,支架力学性能仍不够理想等。Wang等[20]用冻干法制备了丝素蛋白/氧化石墨烯的3D支架,研究了丝素蛋白/氧化石墨烯支架的生物性能,从而探索纳米复合材料在骨组织工程中的应用潜力。他们制备了不同梯度的氧化石墨烯/丝素蛋白支架并在丝素蛋白/氧化石墨烯支架培养MC3T3-E1细胞,研究结果表明,支架具有良好的细胞相容性,并且低氧化石墨烯含量的混合支架与不含氧化石墨烯或高氧化石墨烯含量的丝素蛋白支架相比,其成骨增殖明显增强。随后,该课题组又制备了负载辛伐他汀的丝素蛋白/氧化石墨烯屏障膜,将其植入大鼠头骨开窗部位,实验结果表明,丝素蛋白/氧化石墨烯/辛伐他汀屏障膜具有良好的骨修复能力[25]。Shuai等[26]证实,以氧化石墨烯纳米片来模板化丝素蛋白纳米纤维制成的丝素蛋白/氧化石墨烯薄膜具有独特的纳米效应,可以促进人类骨髓间充质干细胞(hMSCs)的早期粘附与增殖,并且在未添加成骨诱导剂的情况下,可诱导hMSCs的成骨分化。由此可见,丝素蛋白/氧化石墨烯复合支架在骨组织工程研究和应用上是有潜力的。
  
  2.2 神经再生工程
  
  神经再生和功能恢复仍然是组织工程的挑战。为了修复神经的缺损,自体神经移植是现有应用最多、最经典的方法。但是这种方法可能引起神经扭转或错位对接、供区功能丧失等缺陷,加上供体来源有限,其修复效果尚不能令人满意。
  
  近年来,利用组织工程技术构建周围神经再生的微环境和制造神经移植的替代物已经成为周围神经修复研究的热点。已经证明合适的支架在组织工程中的应用能够增强神经再生和分化。Yang等[27]报道了基于丝素蛋白的有蛋壳样微观结构的神经移植物的设计,显示大鼠坐骨神经轴突伸长和神经再生的潜在生物活性。Zhang等[28]通过定向温度场冷冻技术制备了具有定向管微观结构的丝素蛋白支架,并证明该支架有利于促进血管和神经轴突的再生。但是,在临床应用中,基于丝素蛋白的功能支架尽管有一定程度的形态学修复,但很难实现全功能恢复。用于神经修复的理想支架材料必须同时满足优异的细胞相容性和足够的电传导性的要求。因此,增加支架的电导率对于确定其在神经修复中的作用至关重要。
  
  石墨烯在神经组织工程中具有巨大的潜力,主要原因是石墨烯的电子特性为神经细胞的电活动提供了很大的优势,并且它可以定制以匹配电细胞接口所需的电荷传输。Chen等[29]报道了石墨烯对促进神经突形成具有明显积极作用。在另一项研究中,Park等[30]证实了石墨烯在神经干细胞再生和分化为功能神经元方面的增强作用。Niu等[31]制备了由丝素蛋白和石墨烯组成的导电薄膜,用于评价其对诱导多能干细胞(iPSCs)神经分化的影响。实验证实石墨烯/丝素蛋白膜可显著促进iPSCs的神经分化。原因在于石墨烯诱导的电导率增加能够增强电刺激对细胞的转运,且能够通过增加电压门控Ca2+通道的表达来促进神经元分化。Zhao等[18]通过实验证实低浓度电纺石墨烯/丝素蛋白纳米膜(石墨烯浓度在10%以下)支持培养在膜上的施万细胞的存活和生长,并且膜提取物对施万细胞的增殖没有显示出明显的细胞毒性作用。Aznar-Cervantes等[32]制备了一种涂覆还原氧化石墨烯的电纺丝素支架并在其上接种了PC-12细胞。实验发现,还原氧化石墨烯/丝素蛋白电纺丝支架具有良好的生物相容性,将支架与电刺激相结合,可促进PC-12细胞向神经元表型的分化,与添加神经生长因子(NGF)的效果相当甚至更好。由此可见,石墨烯及其衍生物增加了丝素蛋白基复合材料的导电性,且不影响生物活性,能够更好地模拟神经细胞生长发育的自然微环境,从而为神经组织工程开辟了广阔的应用前景。
  
  2.3 药物缓释系统
  
  将多种材料复合制备的多孔载药生物支架具有很多优点,如调控释药动力学和精确控制时空结合的生物和物理信号。丝素蛋白作为载体在药物缓释领域的研究已经日趋广泛和深入。氧化石墨烯具有比表面积大,离子交换能力强且含有大量的羧基、羟基、含氧官能团等,使得其具有良好的生物相容性和较高的载药量;其六元环骨架还含有大量的π-π键,氧原子能与药物分子形成氢键,克服药物的团聚,提高药效,在药物载体方面也具有广泛的应用前景。Ye等[33]采用逐层组装(LbL)的方法,将聚氨基酸修饰的丝素蛋白与氧化石墨烯薄片组装成坚固稳定的微胶囊。实验表明,该复合微胶囊在酸性(pH=2.0)和碱性(pH=11.5)条件下均表现稳定,并具有pH触发的渗透性,有利于大分子的可控包封和释放。此外,氧化石墨烯加入超薄LbL壳层后,材料的力学性能显著增强,其弹性模量比原丝素LbL壳层的典型值高两个数量级。这种纳米复合微胶囊可以为包裹物提供坚强的外在保护,从而为其在药物输送、细胞表面工程等方面提供了良好的应用前景。Wang等[20]的实验证实,在丝素蛋白膜中加入氧化石墨烯,可使药物释放速率减缓,释放时间延长(丝素蛋白、氧化石墨烯、辛伐他汀药物支架表现出一个长达30 d的药物持续释放过程)。主要因为氧化石墨烯与丝素蛋白间形成不同的分子间作用力(氢键、极性基团及疏水性相互作用等),增加了交联度,药物被紧密包裹在其中,减缓了释放速率。
  
  2.4 生物检测
  
  基于丝素蛋白与石墨烯类材料联合使用的生物传感器正在逐步兴起。You等[34]以丝素蛋白为底物和酶固定化材料,研制了一种丝素包裹石墨烯场效应晶体管(FET)的酶传感器,用于葡萄糖检测。该生物传感器线性检测范围为0.1~10 mmol/L,为糖尿病诊断的医学检查参考范围。所制造的生物传感器的检测极限约为0.1 mmol/L,具有优异的选择性,并且平均灵敏度为2.5 μA·(mmol/L)-1。Ali Benvidi等[35]设计了一种简单新颖的电化学生物传感器,即以玻璃碳电极(GCE)为基础,以氧化石墨烯-丝素蛋白纳米纤维和金纳米粒子复合修饰,用于检测DNA序列。实验发现,设计的生物传感器显示出1.0×10-16~1.0×10-8 mol·L-1的宽线性范围以及利用EIS技术检测BRCA1 5382突变的低检出限(3.3×10-17 mol·L-1)。同时,该生物传感器也显示出对互补(P1C)序列与(P1nC1、P1nC2和P1nC3)的各种非互补序列进行区分的高选择性。此外,该生物传感器还显示了高重现性(相对标准偏差为7.5% (n=4))和高稳定性(8 d后为其初始响应的92%)。研究认为,该生物传感器对检测早期乳腺癌DNA序列具有良好的应用潜力。
  
  2.5 牙周组织再生工程
  
  近年来,丝素蛋白复合石墨烯类生物材料在组织工程方面的研究逐渐延伸至口腔医学等领域。Vera-Sanchez等[36]证实了在丝素蛋白复合石墨烯类生物材料上牙周膜干细胞向成牙骨质细胞的分化。他们分别以1∶1和1∶3的比例制备了氧化石墨烯/丝素蛋白薄膜和还原氧化石墨烯/丝素蛋白薄膜并均匀接种上牙周膜干细胞,研究发现,还原氧化石墨烯/丝素蛋白薄膜上牙周膜干细胞的增殖速率明显高于氧化石墨烯/丝素蛋白薄膜。他们还通过表达成骨母细胞表型标志CEMP 1和下调成骨细胞特异性基因来揭示牙周膜细胞向成牙骨质细胞的分化。Rodriguez-Lozano等[37]也研究了氧化石墨烯/丝素蛋白纳米复合膜对牙周膜干细胞的影响。DAPI和Phalloidin染色10 d后,观察牙周膜干细胞的形态。与丝素蛋白薄膜相比,细胞在丝素蛋白/氧化石墨烯上的生长速率较高。MTT细胞增殖实验也验证了上述趋势。此外,通过分析间充质表面标记物的表达,评价牙周膜干细胞的间充质表型。细胞培养7 d后,95%的细胞表达CD74、CD90和CD105。此结果表明,在氧化石墨烯/丝素蛋白膜上,细胞能维持牙周膜干细胞的间充质表型。以上实验表明丝素蛋白复合石墨烯类生物材料在口腔组织修复方面也有一定的应用潜力。
  
  3 结语
  
  综上所述,丝素蛋白复合石墨烯类生物材料不仅结合了二者各自的优良性能,而且通过相互作用,有效地改善了复合支架的整体性能,从而提升了其在生物医学领域研究和应用的潜能。然而由于当前制备工艺的局限,纳米复合生物材料的制备基本上只是纳米微粒与聚合物的机械混合,材料的性能优化也往往只限于聚合物的结晶化,复合材料两相间缺乏化学键的结合,也大多没有形成有序的微观结构。因此,对于丝素蛋白复合石墨烯类生物材料的研究,还应在以下两个方面进行改进:一是运用合理的界面修饰技术或改性手段来提高复合材料界面特性;二是探讨自组装复合工艺,使材料更具仿生化微观结构,以优化材料各方面性能,从而为临床研究与应用开辟新的思路与方法。
  
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