丝素蛋白水凝胶在生物医学领域的应用研究进展

张 悦，饶 婷，吴美玲，陈佳琳，左保齐

(苏州大学纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

丝素蛋白是从蚕茧茧丝中获得的一种天然高分子蛋白质材料，它一直作为纤维原料广泛地应用于纺织、服装行业中[1]。实际上，丝素蛋白(SF)不仅具有优异的加工性、热稳定性、生物相容性、机械性能和可调节的生物降解性[2]，而且易于加工成各种形态的材料。其中，丝素蛋白水凝胶便是蛋白材料的一种重要形态，对其进行化学或生物学改性可以使其更加广泛地应用于生物医学等领域[3]。

丝素凝胶一般是由再生丝素溶液制得，具有柔软性、可塑性，且对于气体、低分子物质或者一些高分子物质还具有透过性，是制备人工皮肤、隐形眼镜、药物缓释载体、酶固定化载体、细胞培养支架等生物医学材料的较好选择。但是，目前丝素凝胶主要用于软组织用材料，用常规强极性过饱和盐溶解方法制备的丝素凝胶比较脆弱。因此，提高材料的力学性质和功能性是丝素凝胶材料真正实现实用性的一个重要关节[3]。

1 丝素蛋白结构

丝素蛋白是蚕丝纤维的重要组成部分，主要由18种氨基酸组成。其中甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸大约占总质量的85%，它们按照特定的序列结构排列成规整的链段[4]。甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸的残基主要存在于结晶区[5]，而带有较大侧基的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等主要存在于非晶区域[4]。由此亦知，丝素蛋白存在着结晶区和非晶区两个区域[5]。

正是由于丝素蛋白独特的二级大分子链段结构、优异的机械性能、良好的热稳定性和生物相容性等优点，其在生物医学领域备受关注，尤其在组织工程、创伤治愈和细胞增殖方面应用前景广阔[4]。人们也正在努力地对其氨基酸组分及结晶结构等理化性能进行不断深入的研究，国内外对其的应用正在从传统纺织领域向生物医药领域拓展[6]。

2 丝素纤维溶解再生

2.1 氯化钙-乙醇-水的三元溶解体系溶解

最理想的丝素溶液是既能拆开分子间的连接，而又不破坏多肽链。因此，寻找温和条件下容易溶解丝素的溶剂就尤为重要。

解谷生[7]研究了较低温度条件下丝素在氯化钙-乙醇-水体系中的溶解度，发现丝素在氯化钙∶乙醇∶水以摩尔比为1∶2∶8组成的溶剂中显示出最大溶解度，该溶液具有较低的表面张力和较大的膨化力。

陈佳弘等人[8]探讨了不溶性丝素蛋白向可溶性再生丝素蛋白转化的条件并分析丝素蛋白结构变化对其溶解性的影响。结果显示，以氯化钙-乙醇-水体系加热溶解丝素的过程中，丝素蛋白首先从溶剂中吸收水，水分被丝素蛋白所束缚，导致丝素体积膨胀。其次丝素发生断裂成为片层状，导致具有高度结晶结构的丝素纤维的结晶结构破坏，其以 β-折叠为基础的有序结构逐步转变为无规则卷曲结构，分子内氢键转向与水的高度水合，实现可溶性。

2.2 溴化锂溶解

在60 ℃恒温条件下，用质量比为44∶55∶11的LiBr/C2H5OH/H2O溶液溶解纯丝素纤维，搅拌充分后，获得质量分数为8%的丝素溶液。丝素溶液冷却后进行自来水和去离子水透析，再将经过滤后的溶液在常温下倒于聚苯乙烯皿中，使其干燥成膜。该方法操作过程简单，但可能会造成溶解不透彻，透析后会产生白色固体。

Hyeon Joo Kim等人[9]利用LiBr水溶液溶解，并控制纤维素和丝素蛋白的量制备纤维素/丝素蛋白水凝胶，这种凝胶具有高度多孔的三维网状结构，显示出高吸水性。

YanfeiFeng等人[10]采用溴化锂水溶液作为丝素蛋白和纤维素溶解共混的新型溶剂体系，制备了拉伸强度较高的丝素蛋白/纤维素纳米复合膜，此膜可能在组织工程中有广泛应用。

2.3 甲酸/氯化钙溶解

在室温下，将无水氯化钙溶解于一定质量分数的甲酸溶液中，经磁力搅拌使氯化钙充分溶解。再将一定量纯丝素纤维溶于甲酸/氯化钙溶液中，经磁力充分搅拌后过滤倒在培养皿中干燥，然后用去离子水去盐获得凝胶膜。该方法制得的膜具有应力小、伸长好的特点。

别诗宇[11]采用此种溶解方法，改变丝素质量分数、氯化钙质量分数以及浸泡时间，并且对类凝胶膜的结构性能做了一系列表征及比较。

HaiyanWang等人[12]将蚕丝溶于氯化钙/甲酸溶剂中，制得含有不同直径和长度的天然丝素纤维的静电纺丝溶液，再经乙醇处理后，丝素蛋白纳米纤维的力学性能得到明显改善。甲酸/氯化钙溶解是酸盐法中的一种，酸盐法制备丝素蛋白水凝胶的酸固定为甲酸，盐的种类包括锂、钙、锶、钡的氯化物、溴化物、碘化物、硝酸盐，硫氰酸盐等。在这些盐溶液中，丝素能无限膨润最后溶解成为粘稠的溶液。

2.4 四水硝酸钙溶解

Ca(NO3)2·4H2O在常温下是吸湿性化合物，在100℃熔融时通常用作茧或丝的溶剂。

Dong SuIm等人[13]验证了丝素蛋白/甲酸溶液的凝胶化反应来源于硝酸盐的加入，硝酸盐诱导溶液的生长，呈淡黄色凝胶。

FengguangLi等人[14]使用质量分数为40% Ca(NO3)2，茧或丝与溶剂的比例为1∶10，此时茧或丝被最佳地溶解，溶解时间为69 min。由于硝酸钙的溶解，丝素蛋白可以通过改变其结构而溶于水，并且表现出优异的性能。

2.5 有机溶剂溶解

闵思佳等人[15]分别在丝素蛋白质溶液中添加有机溶剂苯，乙烷，硝基甲烷，二甲亚砜，N，N-二甲基甲酰胺，丙酮，甲醇，乙醇，制成丝素膜。他们对制得的丝素膜进行了溶解率测定和红外吸收光谱测定。由实验结果分析，不溶于水的非质子有机溶剂不与丝素蛋白质溶液相溶，很难对丝素蛋白质溶液产生作用。而极性非质子和质子有机溶剂达一定添加量时都会使丝素膜的溶解率下降或引起凝胶化或沉淀。

3 丝素蛋白水凝胶的制备及力学性能

3.1 共聚法制备复合水凝胶

目前，大多普通的水凝胶存在着强度低、溶胀性能低、稳定性不足等问题，而复合水凝胶正好能解决其中的某些问题。

XiaoyeMa等人[16]采用自由基共聚法合成了一种以丝素(SF)和聚丙烯酸钠(PAAS)为基础的自膨胀水凝胶，该水凝胶具有高溶胀比和良好的药物释放能力，可能在药物传递或其他植入式材料中具有潜力。

QiangLv等人[17]通过添加1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)的蛋白/胶原蛋白溶液直接制备成纤维蛋白/胶原蛋白水凝胶，从而诱导交联。由于其固有的生物相容性、优良的机械和热性能以及绿色的制备过程，纤维蛋白/胶原蛋白的水凝胶将成为组织工程的有前景的支架。

S Ryu等人[18]研究表明，丝素蛋白微凝胶嵌入聚乙二醇(PEG)水凝胶的双模交联基于巯基光点击化学和β片形成的SF，通过物理和化学交联制备的SF-PEG混合水凝胶作为需要对水凝胶进行时间控制的三维细胞培养的良好候选物。

Biman B Mandal等人[19]用不同比例的由N，N′-亚甲基双丙烯酰胺交联的丝蛋白/丙烯酰胺混合物合成水凝胶，该凝胶可应用于受控药物递送。

Giuliano Freddi等人[20]用金属络合物溶液溶解任何比例混合而成的丝素蛋白和纤维素来获得透明薄膜。力学性能表明，丝素蛋白膜的强度和断裂伸长率均通过与纤维素混合而得到改善。红外光谱显示丝素蛋白的骨架频率发生变化，表明丝素蛋白和纤维素之间通过氢键形成发生分子间相互作用。

Benjamin P Partlow[21]通过辣根过氧化物酶和过氧化氢共价交联丝蛋白中的酪氨酸残基以产生具有可调特性的高弹性水凝胶，这些基于蛋白质的弹性体和可降解水凝胶是一种令人兴奋的新型生物材料，具有独特的组合性能，适用于组织工程和再生医学。

3.2 其他方法

Naresh Kasoju等人[22]用非溶剂诱导相分离原理制备蚕丝蛋白水凝胶，将重组后的丝素和甲醇(非溶剂)结合在一起，最终质量分数分别为2.5% 和12.5% 。分析表明，再生丝素蛋白-水-甲醇作为一种聚合物-溶剂-非溶剂三元相体系，其中水-甲醇相的分离改变了再生丝素蛋白-水相的热力学平衡，导致了再生丝素蛋白-水相的分离和最终分离。

M K Sah等人[23]在4摄氏度(热凝胶)和冻干性的情况下，将一种丝质纤维的水溶液处理成丝蛋白水凝胶，并研究了纤维蛋白水凝胶的溶胀和热流变特性。

Haiyan Wang等人[12]介绍了一种新型的电化聚美丝蛋白凝胶膜(ESFHM)的制备方法，该方法是在一种纳米孔膜上形成的，用一个较高的直流电压的自制装置作为屏障，在Tris(三羟甲基氨基甲烷)缓冲液中再生的丝蛋白溶液(pH=6.55～ 7.55)被添加到一个带负电荷的储层中，而丝分子以80 V(DC)的正电荷迁移，形成了膜层的ESFHM。体外研究表明ESFHM是可降解的，对细胞粘附和生长有足够的作用，因此ESFHM是一种很有前途的候选物用于装载生物活性蛋白和合适的细胞，如人造皮肤或用于移植的细胞。

3.3 丝素蛋白水凝胶的力学性能

3.3.1 复合水凝胶

考虑到现有水凝胶材料往往存在着机械强度差等缺陷，近年来研究者们做了不少关于复合水凝胶的研究以改善水凝胶的力学性能。

聚氨酯基丝素蛋白水凝胶是丝素蛋白复合水凝胶中的一种，因为其同时具有水凝胶的优异生物相容性和聚氨酯材料在性能方面的可调性，一直受到研究人员的青睐[24]。

YipingHuang等人[25]制备了结合了天然/合成材料优点的丝素蛋白-聚氨酯(SF-PU)水凝胶并对其进行了力学性能测试，结果表明水凝胶的弹性模量约0.558 MPa。

张海龙[24]制备了丝素蛋白-聚氨酯(SF-PU)两性水凝胶并且通过万能实验拉力机测试了该水凝胶的机械性能。当SF/PU比例为65/35时，水凝胶材料的压缩强度达到最大值0.577 MPa，当SF/PU为50/50时水凝胶有着最大变形率为85.8%。

刘超[26]将聚氨酯与丝素蛋白的优异性能结合起来，优化合成工艺，制备出力学性能较好的聚氨酯-丝素蛋白水凝胶材料，然后利用压缩测试研究该水凝胶材料的力学性能。通过分析实验数据，得出结论：水凝胶的压缩行为显示出非线性关系，具有一定程度的粘弹性；PEG分子量分别为2 000、1 000、 4 000和600时，水凝胶的压缩模量分别在0.29～0.59 MPa、0.42～1.14 MPa、0.01～0.05 MPa和0.50～1.16 MPa范围之内，破坏性压缩形变均大于66%；水凝胶的压缩性能随着PEG分子量的降低而增加，而且结构中增加PEG或SF的含量均能提高其压缩性能。

FulyaTaktak等人[27]制备了一系列基于丝素蛋白(SF)和甲基丙烯酸2-(N，N-二甲氨基)乙酯的新型复合水凝胶。溶胀和机械性能测试表明，水凝胶的最佳设计对于提供高度的吸水性，较高的拉伸强度和断裂伸长率值是必不可少的。

刘羿君等人[28]以丝素蛋白纤维为填充材料，用自由基聚合的方法制备了复合聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPPAm)水凝胶，并采用 AR-G2型旋转流变仪研究样品的黏弹性能，测得剪切应变为0 .1%。由此可见，丝素蛋白纤维的加入改善了复合水凝胶的力学性能。

陈思皓等人[29]利用丝素蛋白与不同质量分数的琼脂糖混合制备了混合水凝胶，并分别对其力学性能进行了测试。通过质构仪检测了凝胶的力学性质，测试结果显示，质量分数0.10%和0.25%样品的力学性质较差，无法达到质构测定的要求，而含质量分数0.50%琼脂糖的丝素蛋白水凝胶的硬度约为286 g，质量分数1.00%琼脂糖的丝素蛋白水凝胶则达到了约1 050g，琼脂糖增加了0.50%，硬度则增加了3倍多，这表明琼脂糖的含量的多少很大程度地影响着混合水凝胶的机械性能。

3.3.2 再生丝素蛋白水凝胶

再生丝蛋白是从蚕丝中得到的纤维状蛋白质，基于再生丝蛋白的水凝胶在多个生物医学领域取得了重要的研究成果，有着巨大的应用潜力，很多学者也对其进行了研究。

DihanSu等人[30]制备了具有较好的强度和弹性的RSF水凝胶。这种“双网状”水凝胶分别显示出约100%的伸长率以及分别高达3.0 MPa和2.5MPa的压缩模量和拉伸模量，这比物理交联的天然聚合物水凝胶高得多。实验还表明，RSF水凝胶的综合机械性能的增强来源于在RSF的构象转变过程中在水凝胶中形成小尺寸且均匀分布的β-折叠结构域，其大小受由交联剂形成的第一网络限制。

龙星潼等人[31]围绕再生丝蛋白水凝胶的性能进行了概述，丝蛋白水凝胶的机械性能是决定其应用的重要性能指标之一。流变仪可以测出代表固体弹性行为的储能模量G′，它反映着材料弹性大小，可以用于衡量水凝胶的强度。当丝蛋白质量浓度提高时，水凝胶的储能模量和损耗模量会同时升高。纯丝蛋白水凝胶在低质量分数(3%)的情况下只有10 Pa的储能模量，机械性能非常差。提高质量浓度并通过构象转变得到的丝蛋白水凝胶储能模量可以达到3 kPa，而通过与其它高分子如聚乙二醇等共混，并引入化学交联剂形成互穿或者半互穿网络结构，水凝胶的储能模量可以上升至200 kPa。高强度的丝蛋白水凝胶由于其模量较高，通常采用适用于固体的压缩测试代替流变来研究其力学性能。10%的丝蛋白/羟丙基甲基纤维素水凝胶的强度可能达到1 MPa ，而引入表面活性剂的15%的丝蛋白水凝胶的压缩模量则高达3.3 MPa。

3.3.3 新型水凝胶

JingjingWu等人[32]将丝素蛋白(SF)和羟基磷灰石(HA)纳入壳聚糖∕甘油磷酸酯(GP)体系中制备新型水凝胶，并进行了各种力学性能测试。流变学测试表明，壳聚糖/SF/GP和壳聚糖/SF/HA/GP凝胶的弹性模量分别可达1.8 kPa和15 kPa左右，远高于各自的粘性模量。压缩测量表明，几丁聚糖/SF/GP和壳聚糖/SF/HA/GP凝胶的模量和强度分别是壳聚糖/GP凝胶的8倍和20倍，实验证实了这些凝胶的压缩性能大大提高。

KunyuanLuo等人[33]以再生丝素蛋白(RSF)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)为原料，通过简单的混合和加热，制备了一种具有优良力学性能的新型水凝胶。实验发现最佳RSF/HPMC水凝胶的压缩模量和拉伸模量均大于1.0 MPa。凝胶机理的研究表明，由于HPMC与RSF分子之间的氢键作用和疏水作用的协同效应，较小的片层结构更均匀分散的交联有助于RSF/HPMC水凝胶的优异力学性能。这种高强度丝蛋白基水凝胶使强大的水凝胶多样化，并在生物医学领域作为承重材料的候选物具有很好的前景。

3.4 水凝胶膜的力学性能

丝素被加工成丝素水凝胶膜具有可行性，然而，传统方法溶解制备的丝素蛋白膜材料易于脆断且机械性能往往达不到生物材料实用性的要求[11]。因此，采用多种方法得到凝胶膜并对膜的力学性能进行分析以使其达到最优是目前研究的一个热点。

张捷[34]研究了ASF(柞蚕丝素蛋白)水凝胶、BSF(家蚕丝素蛋白)水凝胶、ASF/BSF共混膜的力学性能。研究结果发现ASF水凝胶力学性能差，而且凝胶在冻干后易碎，难以保持完整形态。在力学性能上，ASF/BSF共混膜的断裂强度和断裂伸长性能随着BSF含量的增加而增加。

王海燕[35]进行了新颖的家蚕丝素和蛹壳聚糖水凝胶膜的力学性能分析实验。她首先制备了蛹壳聚糖，然后将改良的电泳沉积方法扩展运用来制备蚕蛹壳聚糖水凝胶膜(chm)。接着对制得的光滑、透明、柔软的壳聚糖水凝胶膜进行力学性能分析。机械性能测试表明，这种新型水凝胶膜具有良好的机械性能，断裂伸长率高达42.5%。

4 丝素蛋白水凝胶在生物医学领域的应用

4.1 在软骨组织工程上的应用

丝素蛋白水凝胶是一种通过共价键和氢键等作用力相互交联而形成的三维网状结构，它具有良好的而生物相容性和降解性，因此可以与生物环境的结构和功能相结合，从而在生物组织工程领域有着广泛的应用[2]，如软骨组织工程。

ZeynepKarahaliloglu等人[36]研究了磁丝素凝胶在骨组织工程支架上的应用。他们通过采用质量分数为8%的蚕丝水凝胶电凝胶工艺制备了新型磁性蚕丝蛋白电凝胶支架，并进行了多方面测试。发现通过将碱性成纤维细胞生长因子与人血清白蛋白- Fe3O4纳米颗粒物理结合而制备出的凝胶支架具有优良的性能，尤其体现在吸水性能和诱导骨形成和成骨细胞分化方面。由此可见该电凝胶支架有着良好的发展前途。

Jung MinLee等人[37]使用丝素和聚乙烯醇水凝胶来设计耳廓软骨。利用盐浸，有机硅模铸和冻融法制备了不同比例的SF(丝素蛋白)和PVA(聚乙烯醇)的水凝胶。根据溶胀比、拉伸强度、孔径、热性能、形态和化学性质对每种水凝胶进行了表征。基于细胞活力的结果，发现由质量分数50%PVA和质量分数50%SF组成的混合水凝胶是所制备的水凝胶中最好的水凝胶。在皮下植入软骨细胞种植的3D耳状水凝胶6周后，在大鼠中形成完整的3D耳形软骨。最后通过组织学分析在体外和体内观察到具有典型的腔隙结构的成熟软骨。

Yongqing Jiang等人[38]进行了丝素肽水凝胶用于软骨细胞体外三维培养的实验。他们以设计合成的多肽SGGAGGAGGAGGAGGS为模板，制备了软骨细胞体外培养的肽水凝胶。观察肽水凝胶中培养的软骨细胞形态特征的变化，获得设计时间点软骨细胞接种的肽水凝胶，并进行DNA含量、组织学染色和免疫组织化学分析。研究结果表明肽水凝胶可以诱导软骨细胞Ⅱ型胶原和糖胺聚糖的合成。软骨细胞-水凝胶复合物中GAG和Ⅱ型胶原的结果表明，随着培养时间的延长，细胞的增殖速度明显增加。细胞外基质分子的分析也表明肽水凝胶可在21 d的培养期间维持软骨细胞的表型。这些发现表明，这种含有水凝胶的设计肽可能被用于潜在的三维支架组织工程软骨。

4.2 在药物缓释载体方面的应用

具有三维网络结构的丝素蛋白水凝胶除具有较好的生物相容性和降解性外，还具有无毒性、无刺激性和保持药物功能的特点，有望于作为药物载体材料在医疗治疗中运载大分子、小分子药物和多肽、酶、抗体等蛋白质[39]。利用丝素蛋白水凝胶的三维网状结构，通过控制其组成、结晶类型、交联密度、疏水区含量等可控制载体的载药量和释药量。现阶段的研究亦表明丝素蛋白水凝胶作为药物载体的确具有较好的药物控释和缓释功能。

Atefeh Ebrahimi等人[40]进行了通过丝素蛋白的凝胶化获得利培酮的储库制剂。他们以不同的药物/聚合物比例制备盐酸/丙酮基和基于甲醇的水凝胶。对于所有载药甲醇型水凝胶，立即发生SF溶液的凝胶转变，凝胶时间为1 min，而HCL /丙酮基凝胶的凝胶时间为360 min左右。之后还进行了傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析，结果表明溶剂体系和利培酮能够诱导β-折叠结构，增加利培酮的量可以增加结晶度，并且药物与聚合物之比为1∶3具有最高的结晶度。热重分析表明，增加制剂中药物的量可以提高水凝胶的稳定性，甲醇水凝胶的比例为1∶3时结构最稳定。利培酮从甲醇水凝胶中以1∶3的比例释放速率低于盐酸/丙酮，以1∶3和1∶6的比例释放时间可持续至25 d，这对于利培酮储库形式是可接受的，从而该实验中利培酮的缓释被成功实现。

Michael A Marin等人[41]进行了用于药物递送应用的丝素蛋白气凝胶的研究，结果展示了SF气凝胶作为候选药物布洛芬延长释放的药物递送装置的潜力。SF气凝胶在40 ℃和10 MPa下使用超临界二氧化碳负载布洛芬。布洛芬负载的SF气凝胶的差示扫描量热法表明布洛芬是无定形的。扫描电子显微镜和氮吸附/解吸分析被用来调查形态和纹理特性。磷酸盐缓冲溶液(PBS)浸泡研究表明，在37摄氏度和pH值7.4的条件下，SF气凝胶不膨胀也不显示任何重量损失。释放测量的寿命在本研究中进行，当布洛芬负载在直径1.4 cm，高0.85 cm的SF气凝胶圆盘中时，在37 ℃和pH值7.4的PBS中体外释放布洛芬，发生6 h。相反，相同数量的纯布洛芬的溶解发生在15年的废墟中。

Hongchun Wu等人[42]进行了丝绸纳米纤维水凝胶递送抗癌药物的实验。注射用水凝胶可以为乳腺癌局部化疗提供多柔比星(DOX)，为了改善水凝胶的性能，他们制备了触变性丝纳米纤维水凝胶并用于局部递送DOX。该丝绸水凝胶显示触变能力，允许易于注射，然后就地凝固。水凝胶载有DOX，并在八周内释放药物。体外和体内研究表明载有DOX的丝绸水凝胶具有良好的抗肿瘤反应，优于静脉内给药的等效剂量的游离DOX。触变丝绸水凝胶提供改善的注射性以支持持续释放，对局部化疗是有前途的。

4.3 在组织工程支架方面的应用

可注射的丝素蛋白水凝胶[43]具有生物相容性好，可在体内降解的特点，其机械性能也符合组织工程支架的要求。而且注射丝素蛋白水凝胶作为支架进行组织修复不易引起炎症，可以极大地简化手术操作过程，减小创伤，降低手术风险。因此，丝素蛋白水凝胶在组织工程支架上有着广泛地应用。

Yingshan Zhou等人[44]制备了马来化壳聚糖(MCS)/甲基丙烯酸化丝素蛋白(MSF)微/纳米复合水凝胶，并研究了MCS / MSF微/纳米复合水凝胶的一系列性能，包括流变性，平衡溶胀性，溶胶含量，压缩模量和形态。结果表明，这些行为可以通过控制MSF内容进行调整。当MSF含量为0.1%时，水凝胶的压缩模量为(0.32±0.07) MPa，在关节软骨的范围内。还研究了微/纳米复合水凝胶与小鼠关节软骨细胞的体外细胞毒性评估和细胞培养。结果表明，含有TGF-β1的微米/纳米复合水凝胶与小鼠关节软骨细胞具有生物相容性，可以很好地支持细胞附着，表明其作为软骨组织工程支架的应用前景。

Ciocci Matteo等人[45]通过将丝素蛋白(SF)的生物功能与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDa)的结构通用性相结合生产了复合生物合成水凝胶。可光聚合的PEGDa-SF水凝胶(PSFHy)的形成针对3D细胞培养进行了优化，需要用蛋白质微球(MS)功能化3D-PSFHy以增加材料的孔隙率和细胞粘附性质。在MS包埋PSFHy中培养的心脏间充质干细胞表现出良好的生存力和心肌分化过程初始阶段特征的蛋白质。此外，将硫酸软骨素加入到支架中改善了细胞活力，还进行了支架的细胞预处理，结果表明这些海绵样支架可用于分析由不同种类的细胞产生的几种细胞外微环境对干细胞命运的影响。他们的实验强调了使用MS功能化的PSFHy作为具有海绵样特性的干细胞—载体系统，潜在的超声成像造影剂和受控的生物化学因子递送的可能性。

Yue Lu等人[46]开发了一种简单方法来制备具有可调特征(机械性能和孔结构)的冻干丝/琼脂糖支架，使用十二烷基硫酸钠(SDS)来控制丝绸的胶凝过程。琼脂糖在水合和消毒后帮助保持支架的形状。而且，通过成形相应的凝胶，支架可以容易地实现为具有特定应用的期望的形状。支架的压缩模量可在18.6～58.8 kPa范围内调节，内孔径可从52.3 μm到426.5 μm。体外MC3T3-E1细胞增殖表明丝/琼脂糖支架具有良好的生物相容性和机械性能。由此可知，丝/琼脂糖支架在组织工程支架中有很大的应用潜力。

5 结语

综上所述，丝素蛋白水凝胶因其具有良好的生物相容性和生物活性等优点，在生物医学领域具有广泛的应用，比如用于软骨组织工程、药物缓释载体、组织工程支架等领域。然而简单方法制备的丝素蛋白水凝胶结构形态单一且机械性能往往达不到生物材料实用性的要求[47]，不能直接用于生物医学材料，各种改性再生丝素蛋白水凝胶的交联或添加其它材料又可能会影响其生物相容性。因此，高性能丝素蛋白水凝胶的获得与应用研究是目前主要研究方向之一。

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