苏州大学吕强教授团队 ACS Nano: 基于溶剂替换策略构建强韧的丝蛋白纳米纤维水凝胶
2022-05-26 来源：高分子科技
高晶丝蛋白纳米纤维具有稳定的β-sheet结构和两亲性，是组织再生和药物缓释的合适基质和载体。然而，由于丝蛋白纳米纤维表面富含负电荷，电荷斥力导致纤维间难以进一步组装和作用，所获得的凝胶力学性能较差，限制了其在再生医学中的应用。
图1 通过溶剂置换法将甲酸替换成水形成高强度丝蛋白水凝胶的过程
近期，苏州大学吕强教授团队在深化丝蛋白纳米纤维理解的基础上，对现有制备方法体系进行重构，通过调整溶剂体系，利用甲酸优化纳米纤维之间的相互作用，然后将甲酸和水相互置换，在水相体系保留并固定丝蛋白纳米纤维的相互作用，制备高强度丝蛋白纳米纤维水凝胶（图1）。水凝胶高强高韧，能够承受各种形式的变形（图2），其力学强度、模量和韧性分别达到 1.55±0.06 MPa、5.88±0.82 MPa和0.85±0.03 MJ m-3（图3），相比于文献中其他方法制备的丝蛋白水凝胶力学性能显著提升。纳米纤维水凝胶在保持良好生物相容性的基础上，可通过改变水凝胶的模量主动调控干细胞的粘附和增殖行为（图4），优化其诱导干细胞成骨分化的能力（图5），在生物工程方面显示出广阔的应用前景。
图2 高强度丝蛋白纳米纤维水凝胶的表征
图3 丝蛋白水凝胶的力学性能表征
图4 骨髓间充质干细胞在丝蛋白水凝胶上的增殖情况
图5 丝蛋白纳米纤维水凝胶调控骨髓间充质干细胞成骨分化的结果
这项研究以高晶丝蛋白纳米纤维为基元，采用溶剂置换的方法制备高强度丝蛋白纳米纤维水凝胶，并评估了其理化性能和生物相容性，是丝蛋白材料研究的新尝试，为制备天然高强度水凝胶提供了新的方法。该工作以“Engineered Tough Silk Hydrogels through Assembling β-Sheet Rich Nanofibers Based on a Solvent Replacement Strategy”为题发表在《ACS Nano》上（DOI: 10.1021/acsnano.2c01616）。文章第一作者是苏州大学博士生张筱旖，通讯作者是苏州大学吕强教授。该研究得到国家重点研发计划战略国合专项的支持。
原文链接：https://pubs.acs.org/10.1021/acsnano.2c01616
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（责任编辑：xu）
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