CN112316914B - 丝素微纳米纤维微球及其制备方法与应用 - Google Patents

丝素微纳米纤维微球及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种丝素微纳米纤维微球及其制备方法与应用。本发明使用CaCl2/乙醇/H2O混合溶液对丝素纤维进行热湿处理，经物理‑机械分纤作用制备了丝素微纳米纤维悬浮液；将制得的丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液共混后，再进行交联反应，经静电喷射和冷冻干燥处理后，即得到丝素微纳米纤维微球。通过上述方式，本发明能够在保留丝素原纤优异力学性能的同时制备丝素微纳米纤维，并使其在交联反应下与多糖分子间形成共价键，大幅提升制得的丝素微纳米纤维微球的吸水率和形态稳定性，并使其具有较大的比表面积和丰富的孔结构，有利于细胞在微球表面进行粘附与增殖。且该微球的整体制备过程简单、易调控、成本低，具有较高的应用价值。

Description

丝素微纳米纤维微球及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及生物材料技术领域，尤其涉及一种丝素微纳米纤维微球及其制备方法与应用。
背景技术
高分子微球是指直径在纳米级至微米级，形状为球形的高分子材料或高分子复合材料。不同粒径和形貌的高分子微球具有不同的功能，其在生物医学领域被广泛用作药物缓释或运载的载体。目前，国内外关于微球的制备方法有很多种，不同的制备方法可获得从几十纳米到几百微米不等的微球，且各类微球的性能和应用也有一定差异，如载药率、药物释放速度等，如何改进现有的制备方法以使制得的微球具有所需性能，仍是当前的研究重点。
丝素蛋白是从蚕丝中提取的一种天然蛋白质纤维，其具有优异的机械性能、可加工性能、生物相容性和生物降解性。在过去的几十年中，丝素蛋白在组织工程、药物缓释等领域受到了广泛的关注，已经被用来开发成纤维、薄膜、支架、微球等形式的产品。例如，公开号为CN103965310A的专利提供了一种制备丝素微球的自组装方法，得到了粒径可控的丝蛋白微球，可用于载药微系统和细胞摄取等领域；公开号为CN103341175A的专利提供了一种可作为药物释缓载体丝素微球的制备方法，目标药物可随着丝素微球的降解缓慢释放；公开号为CN104592375A的专利提供了一种用聚乙二醇制备丝素微球的方法，可运用于临床。
上述专利都是基于再生丝素蛋白进行微球制备，这样的制备方法目前已经比较成熟，在材料和生物领域应用广泛。然而，蚕丝在经过脱胶、溶解、再次成型后，其内部的取向度会严重降低，分子量减小，不宜长时间保存；且其天然层级结构被破坏，也将导致它的力学性能大幅度降低。此外，在可持续发展的背景下，其复杂的再生过程和不可避免的有机溶剂的使用，造成再生丝素蛋白材料的发展面临巨大的挑战。目前，多数以再生丝素蛋白为原料制备的丝素微球普遍存在机械性能较差、粒径难以控制、有害化学试剂残留以及比表面积低等问题。
为了保持天然蚕丝优异的机械性能，公开号为CN110483830A的专利提供了一种超轻高弹丝素微纳米纤维气凝胶及其制备方法与应用，该专利通过使用三元溶液溶胀丝素，消除了丝素原纤间的内应力，从而在保留丝素原有力学性能的同时为其提供微纳米纤维的尺寸效应优势。然而，该专利提供的方法目前仅被用于制备应用在绝热和环境过滤领域的气凝胶，如何对该方法进行改进，以制备可用作生物材料的丝素微纳米纤维微球，仍是当前亟待解决的问题。
有鉴于此，有必要设计一种改进的丝素微纳米纤维微球的制备方法，以解决上述问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种丝素微纳米纤维微球及其制备方法与应用。通过使用CaCl2/乙醇/H2O混合溶液热湿处理丝素，消除丝素纳米原纤间的内应力，再加以适当的物理机械作用分纤，从而在保留丝素原纤优异的力学性能的同时制备丝素微纳米纤维；并通过将制得的丝素微纳米纤维与多糖溶液共混，经交联反应后，利用静电喷射法得到不溶于水且具有稳定孔结构的丝素微纳米纤维微球；且该微球具有吸水率大、比表面积大和生物相容性好等优点，可应用于细胞培养领域。
为实现上述目的，本发明提供了一种丝素微纳米纤维微球的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备丝素微纳米纤维悬浮液备用；
S2、制备多糖溶液备用；
S3、将步骤S1制得的所述丝素微纳米纤维悬浮液与步骤S2制得的所述多糖溶液按照预设的溶质质量比进行混合，充分搅拌后得到混合液；再向所述混合液中依次加入吗啉乙磺酸、N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，充分反应后得到反应液；
S4、将步骤S3得到的所述反应液注入推注模具中，使用静电喷射法将所述反应液推出，并使用液氮进行收集，经冷冻干燥后，得到丝素微纳米纤维微球。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述丝素微纳米纤维悬浮液的制备方法包括如下步骤：
将脱胶丝素纤维置于摩尔比为1:2:8的CaCl2/乙醇/H2O混合溶液中进行热湿处理，再将所述热湿处理后的脱胶丝素纤维置于物理分纤仪中进行物理机械处理，对得到的混合溶液进行抽滤干燥后即可配制成丝素微纳米纤维悬浮液。
作为本发明更进一步的改进，所述热湿处理过程的处理温度为45～60℃，处理时间为2～8h；所述物理机械处理的时间为10～30min；所述物理分纤仪的功率为800～1200W。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，所述丝素微纳米纤维悬浮液与所述多糖溶液预设的溶质质量比为(80～100):(0～20)。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，所述混合液的总溶质的质量百分数为0.1～1.0wt％。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述多糖溶液的质量百分数为0.5～1.5wt％。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，加入的所述吗啉乙磺酸、N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐占所述混合液的质量百分数分别为10％、10％和20％。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述多糖为壳聚糖、淀粉、糖原、菊糖、琼脂、透明质酸、肝素、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素、魔芋中的一种或多种混合。
为实现上述目的，本发明还提供了一种丝素微纳米纤维微球，该丝素微纳米纤维微球根据上述技术方案中任一技术方案制备得到。
本发明还提供了所述丝素微纳米纤维微球在细胞培养领域的应用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过使用CaCl2/H2O/乙醇混合溶液对脱胶丝素纤维进行热湿处理，能够消除丝素纳米原纤间的内应力，再加以适当的物理机械作用分纤，从而在保留丝素原纤优异的力学性能的同时制备丝素微纳米纤维。在此基础上，本发明通过将制得的丝素微纳米纤维与多糖溶液共混，经交联反应后，利用静电喷射法制备了不溶于水且具有稳定孔结构的丝素微纳米纤维微球。并且，按照本发明提供的制备方法制得的丝素微纳米纤维微球具有吸水率高、比表面积大和生物相容性好等优点，能够应用于细胞培养领域。
(2)基于本发明制备的丝素微纳米纤维优异的力学性能，本发明能够将其先与多糖溶液混合，再依次加入吗啉乙磺酸、N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐进行交联反应，使丝素微纳米纤维与多糖分子间形成共价键，形成独特的微纳米纤维网络结构，从而使纤维间的结合更加稳定，并大幅提升制得的丝素微纳米纤维微球的吸水率和形态稳定性。同时，本发明通过控制多糖溶液的浓度及丝素纳米纤维与多糖的质量比，能够对丝素微纳米纤维的结合方式和微球的水吸附能力进行调控，进一步优化所得微球的孔形态稳定性。基于上述方式，本发明提供的方法能够使制得的微球具有较高的水吸附能力、较大的比表面积和丰富的孔结构，并能够在水中呈现悬浮状态，有利于细胞在微球表面进行粘附与增殖，为其作为细胞培养支架奠定了基础。
(3)本发明采用静电喷射法将交联反应后得到的反应液制成微球，并通过冷冻干燥处理进一步优化微球中的孔结构，提升其吸水率和稳定性，使制得的丝素微纳米纤维微球具有吸水率高、比表面积大和孔结构稳定的优点，以满足实际应用的需求。
(4)本发明提供的丝素微纳米纤维微球的制备方法简单易行、易于调控、成本较低，能够在保留天然丝素微纳米纤维原有属性的基础上有效提升其吸水性及形态稳定性，从而以较低的溶质含量制备出同时具有高稳定性、高吸水率和良好生物相容性的丝素微纳米纤维微球，使其在细胞培养领域具有较好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1～5制得的丝素微纳米纤维微球的电子显微镜形貌图。
图2为实施例1～5制得的丝素微纳米纤维微球的吸水率柱状图。
图3为实施例4制得的丝素微纳米纤维微球的形貌示意图。
图4为实施例4制得的丝素微纳米纤维微球的电子显微镜形貌图。
图5为实施例4制得的丝素微纳米纤维微球的牛血清白蛋白吸附图。
图6为对比例3制得的丝素微球的电子显微镜形貌图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种丝素微纳米纤维微球的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备丝素微纳米纤维悬浮液备用；
S2、制备多糖溶液备用；
S3、将步骤S1制得的所述丝素微纳米纤维悬浮液与步骤S2制得的所述多糖溶液按照预设的溶质质量比进行混合，充分搅拌后得到混合液；再向所述混合液中依次加入吗啉乙磺酸、N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，充分反应后得到反应液；
S4、将步骤S3得到的所述反应液注入推注模具中，使用静电喷射法将所述反应液推出，并使用液氮进行收集，经冷冻干燥后，得到丝素微纳米纤维微球。
在步骤S1中，所述丝素微纳米纤维悬浮液的制备方法包括如下步骤：
将脱胶丝素纤维置于摩尔比为1:2:8的CaCl2/H2O/乙醇混合溶液中进行热湿处理，再将所述热湿处理后的脱胶丝素纤维置于物理分纤仪中进行物理机械处理，对得到的混合溶液进行抽滤干燥后即可配制成丝素微纳米纤维悬浮液；其中，所述热湿处理的处理温度为45～60℃，处理时间为2～8h；所述物理机械处理的时间为10～30min；所述物理分纤仪的功率为800～1200W。
在步骤S2中，所述多糖溶液的质量百分数为0.5～1.5wt％；所述多糖为壳聚糖、淀粉、糖原、菊糖、琼脂、透明质酸、肝素、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素、魔芋中的一种或多种混合。
在步骤S3中，所述丝素微纳米纤维悬浮液与所述多糖溶液预设的溶质质量比为(80～100):(0～20)；所述混合液的总溶质的质量百分数为0.1～1.0wt％；加入的所述吗啉乙磺酸、N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐占所述混合液的质量百分数分别为10％、10％和20％。
本发明还提供了一种丝素微纳米纤维微球，该丝素微纳米纤维微球根据上述技术方案中任一技术方案制备得到，能应用于细胞培养领域。
本发明还提供了所述丝素微纳米纤维微球在细胞培养领域的应用。
下面结合具体的实施例对本发明提供的丝素微纳米纤维微球及其制备方法进行说明。
实施例1
本实施例提供了一种丝素微纳米纤维微球的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备丝素微纳米纤维悬浮液
将氯化钙、乙醇和水按照1:2:8的摩尔比混合后配制成三元混合溶液，再将脱胶蚕丝按照1:250g/mL的浴比置于该三元混合溶液中，在45℃下处理6小时；再将处理过的丝素纤维加水后置于功率为1000W的物理分纤仪中，处理15分钟后，收集所得溶液，经抽滤干燥后配制成丝素微纳米纤维悬浮液，在4℃下保存备用。
S2、制备丝素微纳米纤维微球
取30mL步骤S1制备的浓度为0.3wt％的丝素微纳米纤维悬浮液，将其充分搅拌后注入推注模具中，通过静电喷射法使微球成型，并使用液氮进行收集；然后将其先置于-80℃下冷冻24小时，再置于冷冻干燥机中，在-50℃下减压干燥48小时后，得到丝素微纳米纤维微球。
实施例2
本实施例提供了一种丝素微纳米纤维微球的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备丝素微纳米纤维悬浮液
该步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
S2、制备多糖溶液
取0.5g透明质酸粉末，加入50mL去离子水中，缓慢搅拌6小时后，得到质量分数为1wt％的透明质酸溶液，作为多糖溶液在4℃下密封保存备用。
S3、制备丝素微纳米纤维微球
将步骤S1制得的丝素微纳米纤维悬浮液与步骤S2制得的多糖溶液按溶质质量比99:1混合，充分搅拌后得到总溶质的质量百分数为0.3wt％的混合液；再向该混合液中依次加入预定量的吗啉乙磺酸、N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，使其占混合液的质量百分数分别为10％、10％和20％，充分搅拌后使其在冰浴下充分反应2h，得到反应液。
再按照与实施例1相同的方式将得到的反应液注入推注模具中，通过静电喷射法使微球成型，并使用液氮进行收集；然后将其先置于-80℃下冷冻24小时，再置于冷冻干燥机中，在-50℃下减压干燥48小时后，得到丝素微纳米纤维微球。
实施例3～5及对比例1
实施例3～5及对比例1分别提供了一种丝素微纳米纤维微球的制备方法，与实施例2相比，不同之处在于改变了步骤S3中丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液的溶质质量比，实施例3～5及对比例1中对应的丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液的溶质质量比如表1所示。
表1实施例1～5及对比例1对应的丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液的溶质质量比
实施例/对比例 丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液的溶质质量比
实施例1 100:0
实施例2 99:1
实施例3 95:5
实施例4 90:10
实施例5 80:20
对比例1 70:30
按照各实施例及对比例提供的制备方法进行实验后可以发现，丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液的溶质质量比的变化对制得的丝素微纳米纤维的性能具有较大的影响。
其中，当丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液的溶质质量比为70:30时，纤维微球内部过量多糖驱使微纳米纤维发生团聚，破坏丝素纤维的网络结构，致使丝素微纳米纤维微球的结构易于受损；同时，过量的多糖还会造成微球表面致密，孔隙率降低。因此，为了使制得的丝素微纳米纤维微球具有稳定的结构和较高的孔隙率，本发明优选丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液的溶质质量比为(80～100):(0～20)。
对实施例1～5制得的丝素微纳米纤维微球的电子显微镜形貌进行表征，结果如图1所示。在图1中，a～e分别表示实施例1～5制得的丝素微纳米纤维微球电子显微镜形貌图。由图1可以看出，实施例1中未添加多糖的纯丝素微纳米纤维微球的网状结构较为松散；实施例2～5中添加多糖后，多糖包裹在丝素纤维的表面，将一根根纤维连结在一起使得网状结构更牢固，并且，随着多糖含量的增加，微球中网状结构的孔径分布也更加均匀。但是，当多糖含量较高时，过多的多糖使得丝素纤维开始缠结在一起，形成部分片状结构。因此，通过调节丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液的溶质质量比，能够对制得的丝素微纳米纤维微球的形貌进行调控，以满足不同的应用需求。
进一步对实施例1～5制得的丝素微纳米纤维微球的吸水率进行测试，结果如图2所示。在图2中，a～e分别表示实施例1～5制得的丝素微纳米纤维微球的吸水率。由图2可以看出，多糖的加入有利于提高制得的丝素微纳米纤维微球的吸水率。
因此，为了使制得的丝素微纳米纤维微球同时具有牢固的网状结构、较高的孔隙率和较高的吸水率，优选丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液的溶质质量比为90:10，即实施例4提供的制备方法。实施例4制得的丝素微纳米纤维微球在不同放大倍数下的形貌图分别如图3、图4所示。由图3和图4可以看出，实施例4制得的丝素微纳米纤维微球呈现蓬松的球状结构，其内部具有丰富、均匀的孔隙结构，具有吸水率高、比表面积大的优点，有利于细胞在微球表面进行粘附与增殖，使其能够应用于细胞培养领域。
将实施例4制得的丝素微纳米纤维微球置于浓度为2mg/mL的牛血清白蛋白溶液中，静置12h后，结果如图5所示。图5中，a、b分别为明场和紫外灯激发荧光后的暗场照片。由图5可以看出，实施例4制备的丝素微纳米纤维微球在紫外灯激发后表现出较高的荧光强度，表明丝素微纳米纤维微球具有优异的吸附性，能够对牛血清白蛋白进行高效吸附，以满足实际应用的需求。
实施例6～10及对比例2
实施例6～10及对比例2分别提供了一种丝素微纳米纤维微球的制备方法，与实施例4相比，不同之处在于改变了步骤S3中混合液的总溶质质量百分数；实施例6～10及对比例2对应的具体参数值如表2所示。
表2实施例6～10及对比例2对应的混合液的溶质质量百分数
实施例/对比例 混合液中总溶质的质量百分数/wt％
实施例6 0.1
实施例7 0.4
实施例8 0.6
实施例9 0.8
实施例10 1.0
对比例2 1.2
按照各实施例及对比例提供的制备方法进行实验后可以发现，当混合液中总溶质质量分数较低时，其制得的丝素微纳米纤维微球的成型过程相对困难，且成型后的微球结构稳定性也相对较低；随着混合液中总溶质质量分数的升高，制得微球中各纤维的结合强度提高，具有更高的形态稳定性；但当混合液中总溶质质量分数增加至对比例2中的1.2wt％时，微球中的纤维易于缠结，导致其孔隙率降低，不利于细胞的生长与粘附。因此，为使制得的丝素微纳米纤维微球同时具有较高的稳定性和孔隙率，本发明优选混合液的总溶质质量百分数为0.1～1.0wt％。
对比例3
对比例3提供了一种丝素微球的制备方法，与实施例4相比，不同之处在于将步骤S1制备的丝素微纳米纤维悬浮液替换成相同浓度的再生丝素蛋白溶液，其余步骤均与实施例4一致，在此不再赘述。
对比例3制得的丝素微球的电子显微镜形貌图如图6所示。将图6与图4对比可以看出，将丝素微纳米纤维悬浮液替换为同等溶质的再生丝素蛋白溶液后，所得微球的形态发生了明显变化。对比例3制得的微球表面致密，凹凸不平，形态不规整；由于没有了多孔结构，其比表面积会大大降低，不利于细胞生长黏附。这主要是因为对比例3制备的微球失去了丝素微纳米纤维作为球形骨架的支撑，导致微球形态变差，表面出现凹陷；且其不能与多糖溶液结合形成纤维状的多孔结构，整体比表面积低、吸附性差，难以应用于细胞培养领域。
因此，在本发明制备了具有优异力学性能的丝素微纳米纤维的基础上，再将其与多糖溶液混合交联，才能够与静电喷射方式协同作用，形成具有高比表面积的多孔纤维球，以满足实际应用的需求。
需要说明的是，本领域技术人员应当理解，在步骤S1中，热湿处理过程的处理温度可以在45～60℃之间进行调整，处理时间可以是2～8h；物理机械处理的时间可以在10～30min之间进行调整；使用的物理分纤仪的功率可以是800～1200W；在步骤S2中，使用的多糖可以是壳聚糖、淀粉、糖原、菊糖、琼脂、透明质酸、肝素、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素、魔芋中的一种或多种混合，都能够达到相同的技术效果，均属于本发明的保护范围。
综上所述，本发明提供了一种丝素微纳米纤维微球及其制备方法与应用。本发明使用CaCl2/乙醇/H2O混合溶液对丝素纤维进行热湿处理，经物理-机械分纤作用制备了丝素微纳米纤维悬浮液；将制得的丝素微纳米纤维悬浮液与多糖溶液共混后，再进行交联反应，经静电喷射和冷冻干燥处理后，即得到丝素微纳米纤维微球。通过上述方式，本发明能够在保留丝素原纤优异力学性能的同时制备丝素微纳米纤维，并使其在交联反应下与多糖分子间形成共价键，大幅提升制得的丝素微纳米纤维微球的吸水率和形态稳定性，并使其具有较大的比表面积和丰富的孔结构，有利于细胞在微球表面进行粘附与增殖。且该微球的整体制备过程简单、易调控、成本低，具有较高的应用价值。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种丝素微纳米纤维微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备丝素微纳米纤维悬浮液备用；
S2、制备多糖溶液备用，所述多糖溶液的质量百分数为0.5~1.5 wt%；
S3、将步骤S1制得的所述丝素微纳米纤维悬浮液与步骤S2制得的所述多糖溶液按照预设的溶质质量比进行混合，充分搅拌后得到混合液，所述混合液的总溶质的质量百分数为0.1~1.0 wt%；再向所述混合液中依次加入吗啉乙磺酸、N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，充分反应后得到反应液，所述丝素微纳米纤维悬浮液与所述多糖溶液预设的溶质质量比为(80~100) : (0~20)；
S4、将步骤S3得到的所述反应液注入推注模具中，使用静电喷射法将所述反应液推出，并使用液氮进行收集，经冷冻干燥后，得到丝素微纳米纤维微球。
2.根据权利要求1所述的丝素微纳米纤维微球的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述丝素微纳米纤维悬浮液的制备方法包括如下步骤：
将脱胶丝素纤维置于摩尔比为1:2:8的CaCl2/乙醇/H2O混合溶液中进行热湿处理，再将所述热湿处理后的脱胶丝素纤维置于物理分纤仪中进行物理机械处理，对得到的混合溶液进行抽滤干燥后即可配制成丝素微纳米纤维悬浮液。
3.根据权利要求2所述的丝素微纳米纤维微球的制备方法，其特征在于：所述热湿处理过程的处理温度为45~60℃，处理时间为2~8 h；所述物理机械处理的时间为10~30 min；所述物理分纤仪的功率为800~1200W。
4.根据权利要求1所述的丝素微纳米纤维微球的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，加入的所述吗啉乙磺酸、N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐占所述混合液的质量百分数分别为10%、10%和20%。
5.根据权利要求1所述的丝素微纳米纤维微球的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述多糖为壳聚糖、淀粉、糖原、菊糖、琼脂、透明质酸、肝素、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素、魔芋中的一种或多种混合。
6.一种丝素微纳米纤维微球，其特征在于：该丝素微纳米纤维微球根据权利要求1~5中任一权利要求所述的制备方法制备得到。
7.一种权利要求1~5中任一权利要求所述的制备方法制得的丝素微纳米纤维微球或权利要求6所述的丝素微纳米纤维微球的应用，其特征在于：所述丝素微纳米纤维微球用于细胞培养领域。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113174074B (zh) * 2021-02-08 2022-05-27 四川大学华西医院 一种导电丝素蛋白膜及其制备方法和用途
CN114220666B (zh) * 2021-06-02 2023-11-14 武汉纺织大学 氧化石墨烯/蚕丝微纤电容器电极及其制备方法
CN113634048B (zh) * 2021-09-10 2022-10-14 武汉纺织大学 天然蚕丝微纳米纤维复合多孔材料及其应用
CN113855847B (zh) * 2021-09-24 2022-11-22 江苏省特种设备安全监督检验研究院 一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线及其制备方法
CN114834066B (zh) * 2022-04-25 2023-09-29 武汉纺织大学 复合多层微针的制备方法
CN115386133B (zh) * 2022-09-22 2023-11-14 诺一迈尔(苏州)生命科技有限公司 一种关节软骨纳米纤维微球支架及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101653714A (zh) * 2009-09-10 2010-02-24 复旦大学 用静电喷射技术制备的丝蛋白纳米微球及其制备方法和制备装置
CN101972481A (zh) * 2010-11-11 2011-02-16 苏州大学 一种丝素蛋白微载体及其制备方法
CN106492279A (zh) * 2016-11-04 2017-03-15 武汉纺织大学 一种丝素蛋白‑透明质酸复合凝胶的快速制备方法
CN108553689A (zh) * 2018-04-13 2018-09-21 浙江大学 一种具有纳米纤维微结构的丝素多孔微球及其制备方法
CN109652866A (zh) * 2018-12-07 2019-04-19 武汉纺织大学 一种天然蚕丝微纳米纤维的制备方法
CN110483830A (zh) * 2019-07-31 2019-11-22 武汉纺织大学 超轻高弹丝素微纳米纤维气凝胶及其制备方法与应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101653714A (zh) * 2009-09-10 2010-02-24 复旦大学 用静电喷射技术制备的丝蛋白纳米微球及其制备方法和制备装置
CN101972481A (zh) * 2010-11-11 2011-02-16 苏州大学 一种丝素蛋白微载体及其制备方法
CN106492279A (zh) * 2016-11-04 2017-03-15 武汉纺织大学 一种丝素蛋白‑透明质酸复合凝胶的快速制备方法
CN108553689A (zh) * 2018-04-13 2018-09-21 浙江大学 一种具有纳米纤维微结构的丝素多孔微球及其制备方法
CN109652866A (zh) * 2018-12-07 2019-04-19 武汉纺织大学 一种天然蚕丝微纳米纤维的制备方法
CN110483830A (zh) * 2019-07-31 2019-11-22 武汉纺织大学 超轻高弹丝素微纳米纤维气凝胶及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Qiang Zhang, et al.."Silk fibroin/hyaluronic acid porous scaffold for dermal wound healing".《Fibers and Polymers》.2017,第18卷第1056–1063页. *
Xiufang Li，et al.."Aqueous-based Electrospinning of Regenerated Antheraea pernyi Silk Fibroin".《Fibers and Polymers》.2016,第17卷(第9期),第1421-1427页. *

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