丝胶蛋白的重要特性及提取方法

时间：2024-07-28

蒋恒翔

[1.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215123；2.现代丝绸国家工程实验室（苏州），江苏苏州215123]

单根蚕丝由外层丝胶蛋白（Silksericin，SS）和包裹着内层两根平行排列的丝素蛋白（Silkfibroin，SF）纤维组成，外层的丝胶蛋白紧紧地包裹核心的丝素蛋白纤维层，起到保护和胶合的作用，从而维持蚕丝的稳定性和机械性能[1]。丝胶蛋白作为蚕丝的主要组分，通常在传统纺织领域中被当做废料而丢弃，十分可惜。但丝胶有很多特性，有可以作为医用材料的潜力。

1 丝胶蛋白的重要特性

由于丝胶蛋白特定的化学组成和结构，丝胶蛋白展示出良好的成胶性、生物相容性、较低的免疫原性和独特的天然荧光特性，近年来逐渐成为受到广泛关注的新型天然材料。

1.1 成胶性

水凝胶是一种通过借助分子链间交联而形成的具有吸收并保持大量水分且不溶于水的三维空间网状结构材料。水凝胶材料在生物医学领域中可以模拟细胞外基质微环境，作为细胞或生长因子的载体支持细胞的生长，Qi 等[1]成功开发和利用光交联手段获得丝胶蛋白水凝胶，并将其作为一种新型修复全层皮肤损伤的创面敷料。实验结果表明，在小鼠全层皮肤损伤模型中植入丝胶蛋白水凝胶可促进创面无疤痕愈合，并能有效再生毛囊和皮脂腺。这种基于丝胶蛋白的水凝胶作为组织损伤修复的生物材料，充分展示了丝胶蛋白水凝胶在促进组织再生和功能恢复方面的积极作用。

1.2 独特的天然荧光特性

丝胶蛋白自身具有天然的广谱荧光特性。Wang等[2]通过共价交联获得了一种可注射的丝胶蛋白水凝胶，该水凝胶当被波长范围为280～560 nm 的光激发时，丝胶蛋白显示出固有的荧光特性。该水凝胶显示出的良好的光致发光特性，使其能够在小鼠模型体内进行生物成像和体内追踪。

1.3 良好的生物相容性与较低的免疫原性

生物材料应具有良好的生物相容性和低免疫原性，以应用于生物医学领域。由于丝胶蛋白的结构和化学组成，使其表现出良好的生物相容性。Panilaiti 等[3]研究结果表明，当丝胶蛋白单独使用时，并不会引起小鼠巨噬细胞的吞噬，但与丝素蛋白结合一起使用时，其免疫反应会显著增强。这说明当丝胶与丝素呈结合状态时才会表现一定的免疫原性。

2 丝胶蛋白的提取方法

由于丝胶蛋白良好的水溶性、成胶性、独特的天然荧光特性、优异的生物相容性和较低的免疫原性等生物学特性，人们逐渐意识到丝胶蛋白作为一种生物材料的重要性。在茧丝绸行业中，制取生丝的主要过程在于脱胶，丝胶蛋白会随脱胶废水大量排出，不仅会增加污水处理的成本与难度，也是对丝胶蛋白这一重要天然资源的浪费。因此，从脱胶废水中提取丝胶蛋白，变废为宝，可以对丝胶蛋白进行有效利用。国内外研究学者对脱胶废水中回收丝胶蛋白的问题进行了广泛的研究，目前脱胶废水提取丝胶蛋白的技术方法主要分为化学法和物理法两大类。

2.1 物理方法

2.1.1 超滤法

超滤法主要是利用具有合适孔径的微孔滤膜进行丝胶蛋白的提取。丝胶蛋白的分子量大，当通过微孔滤膜时会被截留下来，而小分子物质会通过微孔滤膜去除，最终使溶液中丝胶蛋白的浓度提高，从而实现丝胶蛋白的提取。利用超滤法可高效回收丝胶蛋白，并且所获得的丝胶蛋白纯度较高。Li[4]等研究并优化了酸化沉淀-超滤-纳滤组合工艺，从缫丝废水中回收高纯丝胶蛋白。采用界面聚合法制备了内压中空纤维聚苯胺复合膜，用超滤膜-纳滤膜一体化工艺处理后的上清液中丝胶蛋白的回收率可达72.1%。优化后的超滤-纳滤组合工艺可回收蚕茧蒸煮废水、精制废水和混合废水中86.0%以上的丝胶蛋白。但是使用过程中微孔滤膜容易堵塞污染，需要定期更换，回收过程中使用的微孔滤膜和相关的仪器设备成本较高。

2.1.2 离心法

丝胶蛋白溶液为胶体溶液，在脱胶废液中丝胶颗粒和水的比重不同，在高速离心机的作用下，可以通过对于离心机转速的调节，分离出不同分子量的蚕丝丝胶，去除上层溶液，回收丝胶。在离心分离之前，首先要保证丝胶颗粒从溶液中沉淀下来，此方法回收的丝胶提取率不高，且纯度不高。

2.1.3 高温水解法

高温水解法是采用高温水浴的方法使丝胶溶解在热水中，后续采用离心、过滤的方法去除不溶性的丝素蛋白，并可保持丝胶蛋白的天然结构。而该方法的缺点是丝胶蛋白回收率较低，不适合工业上大批量的提取。也有研究者通过红外辐射加热水，可一定程度上提高丝胶蛋白的提取率，主要原因是这一过程中包括辐射加热，其中能量以电磁波的形式直接转移到材料。