09/08/2023
蠶絲化學與生物醫學材料設計系列（六）
📍蠶絲化學在不同生物醫學應用中的作用
蠶絲蛋白可以用於許多不同的生物醫學應用，包括組織工程、組織粘合劑、藥物輸送、3D列印、微流體、細胞塗層和生物感測器。這些應用是通過化學改性絲或通過不同方法交聯的絲實現的。此外，基於蠶絲的不同複合生物材料的應用，且化學在這些應用中的作用（優點和局限性）。
例如，在藥物輸送（圖4C）方面，藥物從運載工具釋放的空間和時間控制對於有效的藥物影響和最小的副作用至關重要。在細胞塗層(圖4D)方面，天然蠶絲可用於在微酸性（pH5.5）條件下，通過自組裝進行物理交聯和穩定，從而對治療性細菌進行納米塗層。在微流體（圖4E）方面，絲基微流控設備被提出來作為聚二甲基矽氧烷（PDMS）基材料的替代品。在生物感測器（圖4F）方面，蠶絲是一種有用的生物感測器材料，因為它與許多光物理、電化學和生化傳感機制相容。
簡單來說，蠶絲蛋白可以用於許多不同的生物醫學應用，具有許多優異的特性。它們還可以通過化學改性或交聯來調節，以實現不同的生物醫學結果。
1.藥物輸送（圖4C）：藥物從運載工具釋放的空間和時間控制對於有效的藥物影響和最小的副作用至關重要。除了幾何形狀，載體化學影響藥物輸送；通過安裝選擇性化學域來調節表面電荷可以控制結合或釋放動力學、綴合或摻雜不同的相關分子（光敏劑和化學治療劑）以在靶向遞送位點釋放。蠶絲-聚氨基酸也被用來通過在犧牲的二氧化矽核心159,160上的逐層沉積和碳二亞胺交聯來製造空心微膠囊。
2.細胞塗層（圖4D）：天然蠶絲可用於在微酸性（pH5.5）條件下，在鉀離子存在的情況下，通過自組裝進行物理交聯和穩定，從而對治療性細菌進行納米塗層，從而在口服給藥期間為胃環境提供保護。通過選擇性化學和適當選擇配體（乙二胺而不是PLL）合成了具有較低正電荷密度的替代絲設計，以促進在成纖維細胞或人類幹細胞上的多層沉積和塗層而沒有明顯的毒性。
3.微流體（圖4E）：絲基微流控設備被提出來作為聚二甲基矽氧烷（PDMS）基材料的替代品，因為它們具有生物相容性和生物可降解性的特點，提供體外到體內的轉化。不同的改性和交聯化學製品已被用於製造微流控設備。除了薄膜，HRP催化的絲水凝膠基質還用於製造U形氣動控制微流體裝置和寬度為400-1200 µm的直二元通道，用於細胞灌注研究。
4.生物感測器（圖4F）：蠶絲是一種有用的生物感測器材料，因為它與許多光物理、電化學和生化傳感機制相容，同時賦予傳感平臺生物相容性和可降解性，其性能可與其他生物材料相媲美。利用蠶絲的兩親性彌合水性生理環境與水不溶性氧敏感卟啉之間的差距，將由蠶絲Pd（II）四甲基丙烯酸化苯並卟啉複合物（蠶絲-PdBMAP）製成的蠶絲-生色團複合膜植入皮下以感知即時溶解氧水準。
📍資料來源:
(1) Silk chemistry and biomedical material designs (Nature reviews chemistry)
(2) 高分子科学前沿
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