西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室蚕宝宝吐出人工合成

天丝蛋白，亦称：丝素蛋白。丝素蛋白，是从天丝中提取的天然高分子纤维蛋白蚕丝胶原蛋白，浓度约占天丝的70%～80%，富含18种多肽，其中谷氨酸(gly)、丙氨酸(ala)和谷氨酸(ser)约占总组成的80%以上。

2014年11月20日，东北学院家蚕基因组生物学国家重点实验室通过敲除Fib-H基因获得空丝腺，蚕孩子吐出人工合成天丝蛋白，这在国外外尚属首次。

丝素本身具有良好的机械性能和理化性质，如良好的柔硬度和抗拉伸硬度、透气透湿性、缓释性等，但是经过不同处理可以得到不同的形态。

提取工艺：

蚕种场削口茧及下脚丝一丝素蛋白一水解一过滤提纯一溶液pH测试调整一浓缩一杀菌一成品。

①削口茧、下脚丝去杂起皱：即把蚕种场制种的削口茧壳内的蜕皮或缫丝厂的下脚丝中的杂质剔除，之后在一定含量的弱碱氨水中煮熟半小时，取出茧丝用水洗涤几次拧干(起皱)。

②水解：严格控制反应的体温、浴比、时间、溶剂含量等条件，把握至氨基酸的方式中止酯化。

③过滤提纯：滤去没有完全酯化的固体物质及杂质。

④pH调整：用pH调节剂调整pH在6．5~7．0左右。

⑤浓缩：把pH调整后的酯化液上柱在薄膜浓缩器上进行浓缩。

⑥灭菌：(浓缩后的酯化蛋白液如在乳品上应用用酶剂型继续酶解，控制分子量在300~800左右终止，之后杀菌。)加入微量防腐剂，以防潮菌的孳生。

相关指标：

天丝蛋白丝素肽产品技术、质量指标

丝素肽亦称丝多缩谷氨酸(SILK)，其氨基酸键的基本结构为其中Rl、R2……R。为多肽侧基。丝素肽富含十七种多肽，其中人体所需的多肽几乎具备，非常是人体皮肤、毛发非常须要的营养多肽(苯酚、丙氨酸、丝氨酸、酪谷氨酸)其浓度占到多肽总数的80%以上，这是其他酯化蛋白所不可及的。

技术指标：①外观形状：淡蓝色透明液体，无特异臭味，易溶于水。②双缩脲反应为阴性，紫外吸收波谱在波长200~240nm处有强吸收峰。③pH值6～7。④比重(d2。o)1．000~1．050。⑨蛋白质浓度：>/14%。⑥氨基酸：共17种，每ml中含87mg以上。⑦灰分：1%以下。⑧重金属汞、砷、铅分别在1ppm以下。⑨细菌总量(个/m1)≤10。⑩粪大肠链球菌、绿脓链球菌、金红色猕猴桃杆菌均不得检出。

质量指标：丝素肽是由天然天丝经特殊工艺提取而成，因而，多肽组成与浓度是评判产品质量的重要指标之一；而丝素肽分子量的大小与化妆功效的发挥又有着密切的联系.[编辑本段]丝素蛋白材料改性的研究进展丝素蛋白是一种从天丝中提取的蛋白质，具有挺好的生物相容性，能制备成膜、凝胶、微乳膏等多种形态的材料，因为它奇特的理化性能，目前丝素蛋白材料在生物医学材料领域被广泛的研究，如固定化酶材料、细胞培养基质、药物控释剂、人工脏器等等。为了提升丝素蛋白的性能，使其更好地应用于生物材料领域，近些年来，国外外学者通过不同方式对丝素蛋白进行了物理修饰，取得了一些新的研究成果。本文概述了丝素蛋白材料改性在提升丝素蛋白材料的热学性能、热稳定性等理化性质；改变丝素蛋白材料对抗生素的释放速率；赋于丝素蛋白材料抗血凝性、对细胞生长的调控性等方面的研究报导。

性能：

1提升热学性能

丝素膜是被研究得最早和最深入的丝素材料，它是由丝素碱液干燥而得。经不溶解处理后的丝素膜延性，是丝素膜的最大缺点。导致不溶解处理后的丝素膜延性的主要诱因是：丝素蛋白质大分子肽链上的肽键—CO—NH—中的C—N的键长为0.132nm，比C—N单键的键长0.147nm要短一点，比C=N官能团的键长0.127nm要长些，使肽链具有部份苯环的性质，刚性较大，影响了丝素蛋白质大分子侧链的蓬松性。在经不溶解处理过程中，丝素蛋白的结构会发生从任意蜷曲到β结构的转变。在丝素蛋白发生结构转变后，羧基与苯环间、侧链与苯环间以及分子与分子之间可产生大量的官能团结合，形成大量的次级交联点,使丝素蛋白质大分子更无法运动，使得丝素膜的厚实性、伸长和弹性都较差。不少研究通过接枝、接枝、交联等方式，以提升和改良丝素膜的热学性能。

1.1共聚物改性

等曾报导过丝素蛋白/纤维素共聚物膜的性能。纤维素的加入可以有效地改变共聚物膜的热学性能。拉伸破裂硬度随着纤维素的浓度从20%起呈线性降低，破裂模量则在20%～40%间极速降低，而后趋向缓和。含40%纤维素共聚物膜的柔韧度大概是纯丝素膜的10倍。共聚物膜柔韧度的提升由多种诱因促使，如纤维素的热学性能的影响；共聚物膜的吸湿性纯丝素膜强，含水率的提升有利于丝素膜的柔韧度提升；相邻丝素蛋白链和纤维素链在无定形区内的互相作用形成的影响等。

李明忠等曾报导过关于丝素/聚氨酯共聚物膜的热学性能的研究。结果表明，随着聚氨酯所占比列的提升，丝素/聚氨酯共聚物膜的破裂模量显著减小；当聚氨酯所占比列小于40%时，破裂模量下降速率显著推动。当高聚物比列为50∶50时，破裂模量从60.2%提升到226.2%。聚氨酯制止了丝素蛋白质大分子链段间形成过多的官能团结合，增加了丝素的结晶度，降低了可自由伸展链段，加上聚氨酯侧链本身具备挺好的蓬松性，所以共聚物膜的厚实性、弹性显著比纯丝素膜好。

近来，日本学者也曾做过这方面的实验。聚乙烯氧化物（PEO）是一种具有挺好生物相容性的聚合体。她们在高浓缩的丝素氨水（8%）中加入不环比例的PEO碱液制成高聚物膜，发觉加入2%的PEO可以增强膜的硬度，而在其他含量下膜的硬度则减少。这些现象可以用相分离来解释。PEO和丝素蛋白两种聚合体发生相分离，制止了丝素蛋白相内的互相作用。

当PEO浓度达40%时，高聚物膜的破裂产率可从原先的1.9%降低到10.9%，为此，PEO的加入有助于丝素蛋白柔硬度的增强。另外，研究还发觉PEO能便捷地从共聚物膜上萃取，为此，很容易控制膜的微孔性和表面粗糙程度。

王彩霞等人研究了丝素/聚乙烯基吡啶烷酮（PVP）缩聚膜的制备方式和性能。结果表明，PVP与丝素蛋白共聚物后，可使共聚物膜降低产率、吸湿性以及透气性，改善了丝素伤口保护膜的性能和应用疗效。共聚物膜的硬度随PVP浓度的降低而有所减少。这是由于PVP是完全非晶态结构，其分子呈无规蜷曲状，故PVP的加入使共聚物膜的硬度增加。共聚物膜的模量开始随PVP的比列降低而升高，PVP/SF为2∶8时，产率较小，只有13%左右。而后模量又逐步增强。PVP/SF为3∶7左右时，产率最大，可达18%以上。

关于丝素共聚物膜的研究还有丝素蛋白/海藻酸钠共聚物膜[5]，丝素/明胶[6]等等，都不同程度地提高了丝素膜的硬度和弹性。

1.2物理共混改性

20世纪80～90年代，举办了较多的对丝素蛋白的共聚物改性研究。刘剑洪等曾用四价铈盐作引起剂，引起丝素蛋白纤维共聚物紫外吸收剂——2-甲基-4-丙烯酰氧二苯酮（HAOBP），尽管改善了丝素蛋白纤维的紫外稳定性能，且热学性能却大幅度地增长[7]。为了解决这一问题，刘剑洪继续采用“无引起剂聚合”法在丝素蛋白纤维表面共聚物HAOBP的可行性。结果发觉，这些共聚物聚合方式是一种更为有效的改性技巧。共聚物0.6%HAOBP的丝素蛋白纤维，其热稳定性及紫外稳定性均得到了明显的改善，但热学性能没有升高。

等曾研究了羰基丁二烯共聚物丝素纤维后化学性能的改变。结果表明，随着共混物硝基苯酚的加入，丝素纤维的拉伸挠度有所增加，这说明了共聚物反应致使丝素纤维显得愈发厚实且有弹性。

不仅家天丝的物理共混外，还有其他天丝的共聚物共聚。等研究了硫醇对柞蚕丝的物理修饰。柞蚕丝经LiSCN预处理后，与羧酸发生丙酯化反应。有意思的是，无论LiSCN预处理还是丙酯化修饰，聚酰亚胺的化学性能和热行为几乎没有发生变化，并且预处理后含水率有所降低，而丙酯化修饰后含水率却线性增长。柞蚕丝的这种性能为聚合反应提供较宽的适用范围，致使柞蚕丝很可能成为一种生物材料。

1.3物理交联卢神州等以醇酸氯乙烷和聚乙二醇（PEG）为原料，在酸性催化下反应得到聚乙二醇缩水甘油醚（PEGO），作为制备丝素蛋白膜的交联剂。随PEG浓度的降低，膜的拉伸破裂硬度和杨氏挠度减少，破裂模量减小、机械性能比纯丝素膜有了显著的提升。

闵思佳等发觉用二缩水甘油基乙腈作为交联剂所制备的丝素蛋白质凝胶（CFG）具有良好的硬度和柔硬度。按照制做条件可达压缩硬度小于100g/mm2,压缩变型率小于60%。另外，材料的热学硬度跟丝素水碱液的含量有关。4%（wt）的丝素蛋白质水碱液的各类凝胶的硬度和变型率均大于7%（wt）含量的各类凝胶。这是由于丝素蛋白质含量低时蚕丝胶原蛋白，产生的三维网目的结合点稀疏，因而，凝胶硬度较低。要得到高硬度CFG，不仅合适的交联剂等外，还需有合适的丝素水碱液含量。

2增强热性能

聚丙烯丙酯（PAAm）是一种水溶性聚合物，目前，它在生物医学上被用作水凝胶，与血液有良好的相容性。因而，丝素蛋白与PAAm共聚物膜的性能也广受学者的关注。等曾报导了丝素/聚丙烯丙酯共聚物膜的结构和化学性能。通过测定混和前后热能的变化来剖析，结果表明PAAm的加入，增强了丝素蛋白的热稳定性。虽然PAAm浓度很低（大于25%）时，膜破裂起码在300℃（比纯丝素蛋白高出100℃）。低温下，丝素蛋白的动力学耗损系数峰发生了很大的变化，这种都归因于PAAm链的导出提高了丝素链的分子运动所导致的。

3调控释放速率

闵思佳等曾测试了丙酯化修饰丝素材料对离子型化合物的吸附释放性能的影响。结果表明：经修饰后丝素蛋白质的等电点为pH=6左右，而天然的为pH=4左右；与未修饰相比，经修饰的丝素膜对阳离子化合物的吸附量降低，对阴离子化合物的吸附量降低，并且经修饰的微孔丝素材料对阳离子化合物的释放量降低，对阴离子化合物的释放量则显著减少。因而，觉得用甲基丙酯化修饰的方式，可在一定程度上改变丝素材料对离子型化合物的吸收释放性能。

另外，用甲壳素交联丝素蛋白膜可以获得半渗透聚合体网状物，对离子和pH具有挺好的敏感性，被期望用作人工韧带。有人曾用富含磁小体的交联共聚物丝素膜作为控释材料来调控5-氟尿嘧啶抗生素释放情况和磁反应特点。结果表明，交联共聚物丝素膜的释放程度和诱杀效率比纯甲壳素微圆球要好得多，5-氟的释放程度随着交联剂戊二醛含量的降低而增加。

4增强抗血凝性

异丁烯甲基丙烯乙酰乙酸胆碱（MPC）是一种新合成的乙酸胆碱聚合物。在没有抗凝血剂的条件下，也能有效地制止血凝的发生。把MPC聚合物共混到丝素蛋白分子链上，可以挺好地观察到共混物的抗血凝性。等通过异丁烯甲基丙烯甲基异氰香豆素（MOI）使丝素蛋白和MPC聚合体互相共聚物。通过测定血小板在MPC-SF上的黏结能力，与原始丝素SF相比，血小板黏附量有了显著的降低。由此可以得出，经MPC修饰后的丝素材料的抗血凝性有所增强。

据悉，硫化丝素也具有挺好的抗血凝性。它是通过丝素蛋白与盐酸或氯代盐酸在吡啶碱液下反应所得。硫化后的丝素能延长血液融化时间，但是随着硝酸官能团的降低，抗血凝性也有了显著的提升。

5调控丝素蛋白细胞培养基质的功能

丝素材料具有良好的生物相容性，可以拿来做细胞培养基质。为了提高丝素蛋白材料的功能，如更强的抑菌抗菌性，调控细胞生长速率等，一些研究尝试了物理改性的方式。

5.1丝素/低聚糖共聚物物

N-丙烷-壳聚多糖（NACOS）富含6个以上的糖原单元，具有很强的抑菌性和抗肺癌性。将其共聚物到丝素蛋白上后，并在0.6%壳聚多糖/丝素共聚物物（NACOS-SF）上培养大肠球菌24h后发觉，此共聚物物上大肠弧菌的细胞数量并没有显著的降低，这就是低聚多糖（COS）发挥了作用。为此，NACOS-SF可以起到抑菌抗菌的疗效。

近来，Gotoh等报导了关于乳糖/丝素共聚物物作为肝细胞黏附支架材料的研究。她们借助氰尿丙酮（CY）把乳糖共聚物到丝素蛋白侧链上，所得碱液制成膜，在其上培养肝细胞，结果发觉细胞黏附能力是纯丝素膜的8倍，与胶原相当；培养2d后，涂有共聚物物的肝细胞产生的双层与胶原相比稍显圆滑和集中，更有利于肝细胞的培养。

5.2丝素/聚合体共聚物物

为评估材料的亲水性，Gotoh等分别测定了聚乙二醇/丝素共聚物物（PEG-SF）和丝素（SF）的水份浓度和接触角。结果发觉，PEG-SF含水率达380%，而SF只有32%。这也说明了亲水性PEG链共聚物到丝素链上后，降低了水份浓度，进而提升了丝素材料的亲水性。

亲水性的提升，可以带来其他性能的改变。Gotoh等以PEG-SF作细胞培养基质，与SF对照，比较细胞的生长率。结果显示，随着时间的推移，SF上的培养细胞个数有了显著的降低，而PEG-SF则几乎没有变化。从PEG-SF对细胞的加仓附性和低生长率上可以得出，PEG-SF可以调控细胞黏附的数目和生长速率。

经聚乳酸表面修饰过的丝素蛋白还能增强造骨细胞与修饰后的膜之间的交互作用，促使细胞黏附和增值。

相类似的还有通过对精谷氨酸物理修饰，来影响对纤维原细胞的附着能力。

注：本名词内容引自百度百科