| 發布日期：2022-02-24 09:14:09 來源：中國科學院上海微系統與信息技術研究所 分享到： |
作(zuo)為中國(guo)古代文明的一個重要象征(zheng)，絲綢(chou)與(yu)中國(guo)古代四大發明——造紙術(shu)、指南針、火藥和印刷術(shu)一樣，都產生過(guo)世界性影響。
蠶(can)絲(si)是自(zi)然界(jie)中(zhong)最(zui)輕(qing)最(zui)柔最(zui)細(xi)的天然纖維(wei)之一，在高科(ke)技的“塑(su)造”下，如今它早已(yi)超越(yue)了(le)紡織(zhi)面料的傳統用(yong)途，逐步發(fa)展成為先進的生(sheng)物(wu)高分子(zi)聚合(he)物(wu)，參與(yu)生(sheng)物(wu)傳感器、電子(zi)元器件等的制備，展現(xian)出(chu)在未來人工(gong)智(zhi)能、健康醫療(liao)、環境(jing)保(bao)護等領(ling)域的巨大應用(yong)前(qian)景。
絲(si)綢(chou)用作紡(fang)織面(mian)料(liao)(liao)已有(you)五千多年的(de)歷史，其原料(liao)(liao)主(zhu)要是抽取自蠶繭的(de)蠶絲(si)。隨(sui)著科(ke)(ke)技的(de)發展進(jin)(jin)步(bu)，尤其是材料(liao)(liao)科(ke)(ke)學、工程學、先進(jin)(jin)微機電系(xi)統加工技術等學科(ke)(ke)的(de)交叉(cha)融合，科(ke)(ke)學家們發現，蠶絲(si)蛋白除(chu)了作為(wei)傳統紡(fang)織材料(liao)(liao)外，還可作為(wei)先進(jin)(jin)生物高分(fen)子(zi)聚合物，參與人體(ti)集(ji)成傳感(gan)器(qi)、生物醫療器(qi)械(xie)等一(yi)系(xi)列(lie)高科(ke)(ke)技產品的(de)制備。
作為(wei)一(yi)種(zhong)理化特(te)性優異的天然材料，蠶(can)(can)絲產(chan)物具有出色的生物兼容性，可與人(ren)體組織“友好相(xiang)處”，無論(lun)是(shi)貼(tie)附于(yu)體表還是(shi)植入(ru)體內，均不會引起生物排(pai)異反應。作為(wei)一(yi)種(zhong)蛋(dan)白質，蠶(can)(can)絲蛋(dan)白產(chan)品在植入(ru)人(ren)體后(hou)，甚至可以(yi)在預設(she)的時(shi)間內，被人(ren)體完全(quan)吸收。近十年來，很多科學家和企業基于(yu)蠶(can)(can)絲蛋(dan)白展(zhan)開了研究，并提出了大量具有高科技含(han)量的新型(xing)應用，為(wei)傳統(tong)材料注入(ru)了新的活力。
點(dian)“絲”成(cheng)金，蠶絲蛋(dan)白(bai)作為一(yi)種天然高分子蛋(dan)白(bai)質在物(wu)(wu)理、電(dian)子、光(guang)學(xue)、生物(wu)(wu)、工程等學(xue)科都(dou)有著極(ji)大的應用前景(jing)，將可為未來(lai)智能(neng)社會、健康醫療、環境保護(hu)等技術(shu)領域帶來(lai)革命性(xing)創(chuang)新(xin)。
最輕柔(rou)纖細的天然纖維(wei)，人體“第(di)二肌(ji)膚”
東晉詩(shi)人(ren)陶淵明在《歸園田(tian)居》中寫道：“但愿桑(sang)麻成，蠶月得紡(fang)績。”桑(sang)葉田(tian)田(tian)是(shi)(shi)農耕(geng)時代(dai)婀娜多(duo)姿的(de)(de)風景，衣錦還鄉是(shi)(shi)古往(wang)今來功成名(ming)就的(de)(de)象征。“絢(xuan)爛如(ru)云霞，透亮如(ru)蟬翼”，人(ren)們對于絲(si)綢(chou)的(de)(de)熱愛與生(sheng)俱來，直到今天(tian)，絲(si)綢(chou)仍被(bei)許(xu)多(duo)人(ren)認為是(shi)(shi)最美(mei)麗的(de)(de)紡(fang)織(zhi)品。
在中國史前傳(chuan)說中，有黃帝的(de)元(yuan)妃嫘祖發明養蠶(can)繅絲，史稱“嫘祖始(shi)(shi)蠶(can)”。從殷商（約公元(yuan)前17世紀）起，桑樹的(de)種(zhong)植(zhi)面積和養蠶(can)區域漸漸擴(kuo)大，絲綢生產也逐步發展繁榮。自(zi)周武王（約公元(yuan)前1046年(nian)）開始(shi)(shi)，華夏文明就有“親(qin)蠶(can)”和“親(qin)繅”的(de)禮(li)儀(yi)，每年(nian)新(xin)年(nian)會通(tong)過皇帝親(qin)耕(geng)、皇后親(qin)桑的(de)儀(yi)式來祭祀農桑。
絲(si)綢作(zuo)為華夏歷史文明(ming)(ming)數(shu)千年來的(de)重要見證(zheng)，連(lian)接著歐、亞(ya)(ya)、非三大洲，將古老的(de)中(zhong)(zhong)國文明(ming)(ming)、印(yin)度文明(ming)(ming)、希臘文明(ming)(ming)聯結(jie)起來，影響著整個人類的(de)文明(ming)(ming)發展史。公(gong)元前(qian)2世(shi)紀，漢武帝派張騫(qian)出使西(xi)域，開通了著名的(de)“絲(si)綢之路”。這是中(zhong)(zhong)國古代(dai)經(jing)中(zhong)(zhong)亞(ya)(ya)通往(wang)南亞(ya)(ya)、西(xi)亞(ya)(ya)，以(yi)及歐洲、北非的(de)陸(lu)上貿易交往(wang)重要通道。唐代(dai)的(de)經(jing)濟文化發展水平居于(yu)當(dang)時世(shi)界前(qian)列，促進(jin)了絲(si)綢之路的(de)暢通繁榮。
蠶(can)絲(si)是人類最早利(li)用的一(yi)種動物纖(xian)維(wei)，也是最輕柔、最細的天然(ran)纖(xian)維(wei)之(zhi)一(yi)。蠶(can)絲(si)截(jie)面直徑約為頭發絲(si)的十分之(zhi)一(yi)，其(qi)中桑(sang)蠶(can)絲(si)直徑大約13至18微米(mi)（1微米(mi)等(deng)于千(qian)分之(zhi)一(yi)毫米(mi)），而柞蠶(can)絲(si)稍粗一(yi)些，直徑大約21至30微米(mi)。
此外，蠶絲(si)也是力學(xue)強度最好的天然纖維之一，僅次于蜘蛛絲(si)。但由于蜘蛛具(ju)有強烈的領主意識、攻擊性強，不適合(he)人(ren)工養殖，難以大量獲取，因此蠶絲(si)在(zai)人(ren)工養殖上更具(ju)優勢(shi)。
由于(yu)對傷(shang)(shang)口(kou)刺激(ji)性(xing)小，有(you)助于(yu)創面愈合(he)，蠶絲(si)(si)素有(you)“人工皮膚”“人體第二(er)肌膚”“纖維皇后(hou)”等(deng)美譽(yu)。在很長一(yi)段時間內，蠶絲(si)(si)都作為傷(shang)(shang)口(kou)縫合(he)線在臨床醫學(xue)上使用。從單個蠶繭中抽取的蠶絲(si)(si)具有(you)良好的透(tou)氣、透(tou)濕(shi)性(xing)能(neng)，在臨床上也可用于(yu)術后(hou)傷(shang)(shang)口(kou)敷料和燒(shao)傷(shang)(shang)后(hou)創面敷料。
目(mu)前，市面上還有(you)不(bu)少面膜(mo)(mo)(mo)，利用(yong)蠶(can)絲(si)(si)(si)蛋(dan)白作為(wei)(wei)面膜(mo)(mo)(mo)材料(liao)或營養液的(de)載體(ti)。這是因(yin)為(wei)(wei)，相(xiang)(xiang)比其他材料(liao)制(zhi)成的(de)面膜(mo)(mo)(mo)，蠶(can)絲(si)(si)(si)面膜(mo)(mo)(mo)力學性(xing)能(neng)更(geng)為(wei)(wei)優異(yi)，更(geng)輕薄易貼服。在相(xiang)(xiang)同(tong)條件下，如(ru)果厚度(du)減少10倍，貼服性(xing)可提高1000倍。同(tong)時(shi)，蠶(can)絲(si)(si)(si)面膜(mo)(mo)(mo)還可較好地保存水分和營養液，從(cong)而有(you)助于受(shou)損(sun)肌膚得到修復。不(bu)過(guo)，蠶(can)絲(si)(si)(si)蛋(dan)白中(zhong)含有(you)的(de)18種氨基酸(suan)，在被從(cong)蠶(can)絲(si)(si)(si)纖維(wei)中(zhong)提取出來之前，無法被人(ren)體(ti)吸收。
從蠶絲被到可降解骨釘，古老(lao)文明煥新(xin)春
絲(si)綢(chou)作為(wei)中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)古代文明的(de)重要(yao)(yao)象征(zheng)，曾是古代貿易通商(shang)中(zhong)(zhong)最主要(yao)(yao)的(de)商(shang)品之一，直(zhi)至現代。2018年，中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)、印度、土(tu)耳其等主要(yao)(yao)絲(si)綢(chou)出(chu)口九國(guo)(guo)及(ji)歐盟的(de)絲(si)綢(chou)商(shang)品貿易額約(yue)為(wei)300億美元。
當(dang)歷史(shi)的(de)車輪進入(ru)新世紀，傳統(tong)桑蠶(can)產業面(mian)臨著如何從勞動密集(ji)型產業轉型為高科技、高附加(jia)值產業的(de)挑戰(zhan)，我們(men)的(de)古(gu)老文(wen)明期待再(zai)度迸發出耀眼光芒。
科學家(jia)已經發現(xian)，蠶(can)絲蛋白具有優異的機械性(xing)能，生物兼(jian)容性(xing)好(hao)，可在體內無害降解并被人體吸收而無需取(qu)出(chu)。從天(tian)然蠶(can)絲中提取(qu)出(chu)的蠶(can)絲蛋白可作為醫用(yong)原材料，并通過現(xian)代高科技制造(zao)技術(shu)，制備成(cheng)蠶(can)絲蛋白骨釘、人工腦(nao)膜、緩釋微(wei)針、心血管支(zhi)架(jia)、人工骨等高端醫療器械。
用蠶絲(si)蛋白(bai)制成的(de)醫療器械具有極佳(jia)的(de)力學強(qiang)度(du)，可(ke)配(pei)合不同(tong)植入部位，完美(mei)匹配(pei)病患自身(shen)組織的(de)強(qiang)度(du)。由(you)于其本身(shen)來源(yuan)于天然蛋白(bai)，相(xiang)較于目(mu)前(qian)普遍使(shi)用的(de)金(jin)屬和陶瓷材料，蠶絲(si)蛋白(bai)具有優(you)異的(de)生物(wu)兼容(rong)性，且能進行(xing)可(ke)控降解，時間長度(du)可(ke)從幾周到(dao)幾年。
此(ci)外(wai)(wai)，蠶(can)絲(si)蛋(dan)白還(huan)具有良(liang)好(hao)的(de)藥物包裹和可控(kong)釋(shi)放功(gong)能，可廣泛應用(yong)于骨科、運(yun)動科、心血(xue)管科、腦外(wai)(wai)科、整形醫美等植入(ru)式醫療器械(xie)領域(yu)，潛在應用(yong)市(shi)場規模(mo)高(gao)達(da)每年(nian)數千億(yi)美元。
從(cong)一(yi)(yi)(yi)組價(jia)(jia)格數據可(ke)以看出蠶(can)絲傳統產業與(yu)高(gao)科技產業的(de)(de)巨大價(jia)(jia)值差距：以絲綢制品(pin)為(wei)例，一(yi)(yi)(yi)條(tiao)奢侈品(pin)牌的(de)(de)領帶(dai)大約需要30克蠶(can)絲，售價(jia)(jia)約為(wei)兩(liang)三千元(yuan)(yuan)；一(yi)(yi)(yi)床普(pu)通(tong)蠶(can)絲被需要用兩(liang)公斤左右蠶(can)絲，售價(jia)(jia)不過千元(yuan)(yuan)；而蠶(can)絲蛋白制備(bei)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)套可(ke)降(jiang)解骨釘，所需原料不到(dao)1克，其(qi)對應產品(pin)的(de)(de)臨床售價(jia)(jia)可(ke)高(gao)達(da)8000至10000元(yuan)(yuan)。換言之，一(yi)(yi)(yi)床普(pu)通(tong)蠶(can)絲被的(de)(de)原料經過現代(dai)科技加工，可(ke)產出2000萬元(yuan)(yuan)的(de)(de)經濟(ji)價(jia)(jia)值——這就是(shi)科技的(de)(de)價(jia)(jia)值，也是(shi)絲綢這一(yi)(yi)(yi)中(zhong)國古老文明煥發新春(chun)的(de)(de)重大機(ji)遇。
預設時間內可控降解(jie)，開啟全新學科(ke)領域
蠶絲(si)蛋白不僅在醫療器(qi)械上(shang)大有用武之地，還因(yin)其機械性能佳、介電(dian)損耗小(xiao)、能可控(kong)降解、可兼容大部分微納加工工藝等特點，而被用作電(dian)子器(qi)件的基(ji)底和介質材(cai)料，由此衍生出了一個全(quan)新學(xue)科領域(yu)——瞬態可溶電(dian)子學(xue)。
瞬態(tai)可(ke)溶電子器件是指當所制備的電子單元、器件、芯片及(ji)微系(xi)統在預設時(shi)間內(nei)完(wan)成指定功能后，其物理形(xing)態(tai)和功能可(ke)部分或者完(wan)全消失的一類(lei)全新電子器件。它們(men)可(ke)在完(wan)成設定任務后，于(yu)體內(nei)或環境中完(wan)全降解(jie)，并通過生物再(zai)吸(xi)收或生態(tai)再(zai)吸(xi)收。
這類(lei)器(qi)件在信息安全、植入(ru)式可控(kong)降解生(sheng)物芯片、電子(zi)垃圾回收等(deng)領(ling)域(yu)，具有非常廣闊的(de)應用前景，尤其在健(jian)康醫療、環境(jing)保護等(deng)未(wei)來電子(zi)技術領(ling)域(yu)，有望產生(sheng)顛覆性(xing)突(tu)破和(he)革命(ming)性(xing)創新。
蠶絲蛋白就(jiu)是國際上首(shou)個瞬態可溶電子微系統的(de)(de)基底(di)和封裝材料(liao)。這(zhe)個微系統用可降(jiang)解的(de)(de)鎂、氧化鎂、納米硅(gui)膜等半導體功能材料(liao)，集(ji)成了一(yi)系列基本電子元器件。整個微系統放(fang)置在(zai)生理鹽(yan)水中(zhong)，大約十分鐘就(jiu)可溶解完畢。
基于瞬態可溶電(dian)子技術(shu)，隨后又(you)誕生了全(quan)球(qiu)首個面向特定臨床(chuang)治(zhi)療(liao)功能(neng)、完全(quan)生物(wu)相容、可在被降解(jie)后吸收的(de)植入(ru)式器(qi)件。它同樣以蠶絲蛋白為襯底材料，可植入(ru)生物(wu)體皮下用于治(zhi)療(liao)細菌感染。
蠶(can)絲蛋白還是(shi)一種性能優良的光學(xue)材料，受“瞬態(tai)可溶(rong)電(dian)子(zi)技術”啟(qi)發，科學(xue)家(jia)又提出“瞬態(tai)可溶(rong)光學(xue)技術”的概念，并(bing)制造出了單色和(he)多彩(cai)的蠶(can)絲蛋白光學(xue)衍射(she)元件，并(bing)將其開創(chuang)性地應用到信息(xi)技術和(he)生物醫療(liao)領域中。
存(cun)儲(chu)數(shu)據和DNA，鎖住數(shu)字與生(sheng)命(ming)的記(ji)憶
優良的力學(xue)性能(neng)、良好的生(sheng)物兼容性、極(ji)佳的光(guang)學(xue)性質，使得(de)蠶(can)絲蛋白(bai)可通過先進的微納加工技術，被制備成(cheng)透鏡、薄(bo)膜、光(guang)纖、光(guang)子(zi)晶(jing)體等生(sheng)物光(guang)學(xue)和光(guang)電子(zi)器件(jian)。
值得(de)一提(ti)的(de)是，經過工(gong)藝改良，蠶絲蛋白可作為(wei)生物(wu)光(guang)刻膠用于半導體(ti)集(ji)(ji)成電路加工(gong)工(gong)藝，并(bing)在人體(ti)可集(ji)(ji)成柔性傳(chuan)感(gan)器(qi)方面表現出巨大(da)的(de)應用潛力(li)。
得(de)益于(yu)蠶(can)絲蛋白所具備的(de)易(yi)于(yu)成膜、兼(jian)容(rong)大部分微納(na)加工(gong)工(gong)藝(yi)等(deng)特(te)性(xing)，結合高(gao)精度(du)近(jin)場快速讀寫手段，我國科(ke)研人員實現了(le)基于(yu)蠶(can)絲蛋白的(de)高(gao)容(rong)量生物存儲(chu)(chu)技術，研制出了(le)“蠶(can)絲硬盤”——通過(guo)納(na)米針尖將紅外光聚焦，在納(na)米尺度(du)下(xia)對蠶(can)絲蛋白進行改性(xing)，從(cong)而達到信息存儲(chu)(chu)和讀取的(de)目的(de)。
蠶絲硬盤作為一種高容量、高可(ke)(ke)靠性(xing)的新型存儲(chu)技術，不僅可(ke)(ke)以(yi)像(xiang)普(pu)通(tong)半導體硬盤那樣(yang)存儲(chu)數(shu)字信(xin)息，還可(ke)(ke)為活性(xing)生物信(xin)息儲(chu)存提供一個功能強大的平臺。新近(jin)問世的蠶絲硬盤即(ji)可(ke)(ke)同時存儲(chu)人(ren)體DNA和血(xue)液樣(yang)本。
此外，蠶(can)(can)絲硬盤還能按照預設的(de)(de)(de)時序進(jin)行(xing)可控銷(xiao)毀，從而用(yong)于信(xin)息(xi)保密。目前(qian)，科(ke)研人(ren)員已用(yong)這種技(ji)(ji)術(shu)實現(xian)了圖像和音頻文件準(zhun)確記錄、存儲(chu)和讀取的(de)(de)(de)原理驗證。未來，通過對蠶(can)(can)絲硬盤存儲(chu)容(rong)量和讀寫速率的(de)(de)(de)不斷優化改進(jin)，該技(ji)(ji)術(shu)有望成為下(xia)一代高(gao)容(rong)量、高(gao)可靠性(xing)的(de)(de)(de)信(xin)息(xi)存儲(chu)技(ji)(ji)術(shu)。現(xian)在可以想象的(de)(de)(de)應用(yong)場景包括：永不丟(diu)失的(de)(de)(de)生命銘牌、可控壽命的(de)(de)(de)時間膠囊、外太空等(deng)(deng)極端(duan)條件下(xia)的(de)(de)(de)信(xin)息(xi)保存，以及數(shu)字信(xin)息(xi)和生命信(xin)息(xi)的(de)(de)(de)復制等(deng)(deng)。
古絲新用
蠶絲蛋(dan)白(bai)人工硬腦膜
腦(nao)膜(mo)是(shi)人(ren)體(ti)顱(lu)骨和(he)腦(nao)組織(zhi)之間的一道重(zhong)要(yao)屏障(zhang)，它最(zui)主(zhu)要(yao)功(gong)能是(shi)保護腦(nao)組織(zhi)。當腦(nao)膜(mo)受損時，會引起腦(nao)脊液漏、腦(nao)膨(peng)出、顱(lu)內感染、癲癇等(deng)并發(fa)癥，必(bi)須對(dui)破損的腦(nao)膜(mo)進行修(xiu)補。
▲腦(nao)組織示(shi)意圖(tu) 蠶絲蛋白人工硬腦(nao)膜示(shi)意圖(tu)
蠶絲蛋(dan)白腦(nao)膜以天(tian)然蠶繭中提取的(de)絲素蛋(dan)白為基礎(chu)，通過(guo)脫膠、透析、離心、凍干、成(cheng)型等(deng)工(gong)藝過(guo)程(cheng)開發(fa)蠶絲蛋(dan)白薄膜材料，生產(chan)過(guo)程(cheng)綠色無毒。其機械(xie)性能與人(ren)腦(nao)膜性能相當，可防止顱內壓過(guo)大造(zao)成(cheng)的(de)人(ren)工(gong)硬腦(nao)膜破損。
此外，在蠶(can)(can)絲(si)蛋白膜(mo)中，可搭載抗生(sheng)(sheng)素和生(sheng)(sheng)長(chang)因子等藥物。當蠶(can)(can)絲(si)蛋白膜(mo)植(zhi)入體內(nei)后，這些藥物將緩慢釋放，起到化學抑菌(jun)，促進組(zu)織生(sheng)(sheng)長(chang)的(de)作用(yong)。而且(qie)，科學家(jia)還(huan)通過半導體的(de)軟(ruan)光刻技術，對(dui)腦(nao)膜(mo)表(biao)面形(xing)貌進行微(wei)圖案特(te)異性修飾(shi)，以預防與大腦(nao)神經組(zu)織黏連(lian)，并可促進蠶(can)(can)絲(si)蛋白腦(nao)膜(mo)和自(zi)體腦(nao)膜(mo)組(zu)織修復生(sheng)(sheng)長(chang)的(de)功能。
除此之外，人(ren)工腦(nao)(nao)膜上(shang)微米級(ji)別的(de)(de)(de)(de)微圖案修飾可(ke)以抑制細菌在腦(nao)(nao)膜表面的(de)(de)(de)(de)生長，降低了細菌感(gan)染(ran)的(de)(de)(de)(de)風(feng)險(xian)。更(geng)重要的(de)(de)(de)(de)是與現有不透(tou)明人(ren)工腦(nao)(nao)膜相(xiang)比，蠶(can)絲蛋(dan)白腦(nao)(nao)膜的(de)(de)(de)(de)透(tou)明特性，可(ke)以讓醫生在手術(shu)中隨(sui)時觀(guan)察腦(nao)(nao)膜下腦(nao)(nao)組織情況，為手術(shu)提供(gong)了極大的(de)(de)(de)(de)便利。
蠶絲蛋白(bai)骨科骨釘
在生物醫用材料中(zhong)，植入式醫療器械中(zhong)的人工(gong)骨固定產品具有極大的市場(chang)(chang)和臨床需(xu)求(qiu)，全球人工(gong)骨固定產品市場(chang)(chang)總(zong)銷售(shou)額估(gu)計在300億美元(yuan)以(yi)上。
▲蠶絲(si)蛋白(bai)骨科骨釘 植(zhi)入后CT成像
蠶絲蛋白(bai)作為骨(gu)科(ke)內(nei)固定材料(liao)主要具(ju)有幾(ji)個優勢：1、具(ju)有骨(gu)傳導性，修復骨(gu)缺損(sun)的速度較(jiao)快，相(xiang)對基于聚乳酸或者鈦合金的同類(lei)產品(pin)，適用于較(jiao)大的骨(gu)質缺損(sun)，可以達(da)到(dao)完(wan)全骨(gu)修復；2、相(xiang)比聚乳酸，其機械強度足以作為承力(li)部位的骨(gu)折內(nei)固定材料(liao)；3、生(sheng)物降(jiang)解速度可控。
此外(wai)，研究成(cheng)(cheng)果(guo)表明，蠶絲(si)蛋白(bai)材(cai)料(liao)(liao)與γ射線滅菌、核磁共振成(cheng)(cheng)像(xiang)、X射線醫學檢測等現有醫學手段具有完(wan)美的兼容(rong)性。這種基于天然生物(wu)蛋白(bai)的骨(gu)固定系(xi)統，彌補(bu)了現有金屬(shu)類(lei)、生物(wu)陶瓷(ci)類(lei)以及化學合(he)(he)成(cheng)(cheng)聚合(he)(he)物(wu)類(lei)材(cai)料(liao)(liao)的缺(que)陷，是未(wei)來人體植(zhi)入醫療材(cai)料(liao)(liao)的發展方向，具有極大(da)的市場潛(qian)力和實際臨床應(ying)用(yong)價值。
蠶(can)絲蛋(dan)白水凝膠(jiao)
以蠶(can)絲蛋(dan)白為原料(liao)制備的蠶(can)絲蛋(dan)白水凝膠，既能保留(liu)天然細(xi)胞(bao)微(wei)環境(jing)的物質結構基礎(chu)，又能很好地模擬細(xi)胞(bao)體內微(wei)環境(jing)，常(chang)用于三維(wei)細(xi)胞(bao)培(pei)養的細(xi)胞(bao)支(zhi)架材(cai)料(liao)。
▲植入式(shi)自匹配(pei)能量采集(ji)系統，用于(yu)監測并收集(ji)心跳(tiao)能量
研(yan)究表明，將(jiang)人(ren)骨(gu)髓間(jian)充質干細胞(HMSCs)接(jie)種到混有培養基(ji)的(de)蠶(can)絲(si)蛋(dan)白(bai)(bai)(bai)水凝(ning)膠材料上,隨著(zhu)蠶(can)絲(si)蛋(dan)白(bai)(bai)(bai)濃度(du)的(de)增(zeng)加，HMSCs細胞可以在(zai)蠶(can)絲(si)蛋(dan)白(bai)(bai)(bai)水凝(ning)膠上較好(hao)地(di)生(sheng)長(chang)，這也使得蠶(can)絲(si)蛋(dan)白(bai)(bai)(bai)水凝(ning)膠支架在(zai)骨(gu)組織修復有著(zhu)廣泛的(de)應用前景。
原位可注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)蠶(can)絲蛋白水凝膠(jiao)能夠快速凝膠(jiao)化，滿(man)足了在(zai)體內注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)后凝膠(jiao)能夠立即成型的需要，因此原位可注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)蠶(can)絲蛋白水凝膠(jiao)是一(yi)種理想的可注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)性(xing)原位水凝膠(jiao)材(cai)料，可應用于微創手術(shu)。
蠶絲皮膚電子系統
一種基于蠶絲蛋白材料(liao)的(de)人體“友好”皮(pi)膚電子(zi)系統，可在(zai)使(shi)用過程中(zhong)穩定牢固貼附于人體皮(pi)膚表(biao)面，測量人體電信(xin)號與(yu)多種生(sheng)理化學分泌物(wu)，使(shi)用過后(hou)可以通(tong)過觸發完(wan)成快(kuai)速(su)可控分離，可實現與(yu)人體皮(pi)膚集成的(de)多維度(du)實時測量。
▲人(ren)體“友好”電子皮膚實物展示照片(pian)（電子皮膚貼(tie)附于人(ren)體手臂）
此外，針(zhen)對測量得到的(de)(de)多(duo)模(mo)態(tai)大數據，科研人(ren)員開發了一款基于(yu)人(ren)工神經網絡的(de)(de)機器學(xue)習算法，可準確區分人(ren)體(ti)的(de)(de)多(duo)種(zhong)生理(li)狀態(tai)，為人(ren)體(ti)全天候健康監測提供了一種(zhong)有效的(de)(de)解決方案。這項研究(jiu)將皮(pi)膚(fu)電子(zi)與機器學(xue)習相結合，對未(wei)來個性化智能醫療可帶來至關(guan)重要的(de)(de)影響。
蠶絲蛋白鼻假體
近20年來，我國醫療(liao)美容(rong)行業已涵蓋(gai)了醫療(liao)整形(xing)、醫療(liao)美容(rong)、注射美容(rong)等多個領域，同(tong)時(shi)涉(she)及到(dao)包括外科(ke)、骨(gu)科(ke)、婦(fu)科(ke)、口腔(qiang)等學科(ke)在內的(de)許(xu)多專業。
▲蠶絲(si)蛋白鼻(bi)假體(ti)示(shi)意圖(tu)
選擇醫療美(mei)容(rong)(rong)材(cai)(cai)(cai)料，需(xu)要(yao)滿足對人體無(wu)毒無(wu)害、與人體組織的相容(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)好(hao)，以(yi)及(ji)植入人體組織后無(wu)排斥反(fan)應(ying)、手術時操(cao)作便利、可(ke)(ke)塑性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)好(hao)等條件。蠶(can)絲(si)蛋白(bai)(bai)材(cai)(cai)(cai)料是頗具(ju)代表性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的天(tian)然生物(wu)醫學材(cai)(cai)(cai)料。它生物(wu)兼容(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)良好(hao)，可(ke)(ke)通過多種加工方法制備成各種形狀，并(bing)可(ke)(ke)調控蠶(can)絲(si)蛋白(bai)(bai)材(cai)(cai)(cai)料的孔隙率、力學性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能、彈性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)等特性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，是一種理想的醫療美(mei)容(rong)(rong)材(cai)(cai)(cai)料。此(ci)外，可(ke)(ke)在蠶(can)絲(si)蛋白(bai)(bai)材(cai)(cai)(cai)料中(zhong)預先負載(zai)抗菌消炎藥物(wu)或者細胞(bao)生長因(yin)子，以(yi)形成多功能的蠶(can)絲(si)蛋白(bai)(bai)醫療及(ji)美(mei)容(rong)(rong)材(cai)(cai)(cai)料。
蠶(can)絲蛋白微針
微針給藥(yao)系(xi)統是一種集皮(pi)下(xia)注射與透(tou)皮(pi)貼片雙重釋藥(yao)特點的(de)微侵襲透(tou)皮(pi)給藥(yao)系(xi)統，其作用(yong)機制是藥(yao)物通過微針穿透(tou)皮(pi)膚(fu)角質層后形(xing)成的(de)微小(xiao)孔道進(jin)入(ru)皮(pi)膚(fu)，達到促進(jin)經皮(pi)滲(shen)透(tou)和到達皮(pi)膚(fu)特定深度的(de)目的(de)。
▲蠶絲蛋白微(wei)針及異質異構蠶絲蛋白微(wei)針示意(yi)圖
蠶絲(si)(si)蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)因其優異的(de)(de)機械性能(neng)、生物(wu)(wu)相容性和可(ke)降解(jie)(jie)性，可(ke)以(yi)用來作為(wei)新型的(de)(de)生物(wu)(wu)可(ke)降解(jie)(jie)微(wei)針(zhen)材料。通過預先負載藥物(wu)(wu)分子的(de)(de)方(fang)式，科研人(ren)員可(ke)將(jiang)蠶絲(si)(si)蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)溶液功能(neng)化，隨后通過微(wei)納(na)加(jia)工的(de)(de)方(fang)式將(jiang)蠶絲(si)(si)蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)加(jia)工成(cheng)微(wei)針(zhen)的(de)(de)形式，微(wei)針(zhen)通過微(wei)創的(de)(de)方(fang)式向人(ren)體(ti)(ti)內輸送藥物(wu)(wu)，并(bing)且通過調控蠶絲(si)(si)蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)的(de)(de)晶體(ti)(ti)結構，在時間(jian)和空間(jian)上控制其降解(jie)(jie)，從而精準控制藥物(wu)(wu)分子的(de)(de)釋放。
蠶絲(si)蛋白(bai)干細胞支架
由(you)于(yu)(yu)(yu)蠶絲(si)蛋白是一種天然聚(ju)合物(wu)(wu)，純度高、機械強度高，并具有良好的(de)生物(wu)(wu)相(xiang)容(rong)性，非常適用于(yu)(yu)(yu)組織(zhi)工程。它(ta)能作為(wei)組織(zhi)工程中提供(gong)干細胞生長的(de)支架材(cai)料，同(tong)時也能夠應用于(yu)(yu)(yu)骨再生的(de)支撐材(cai)料。
▲蠶(can)絲蛋白材料(liao)可通過多(duo)(duo)種加工方(fang)法制備(bei)成凝膠材料(liao)、多(duo)(duo)孔泡(pao)沫(mo)材料(liao)等多(duo)(duo)種形式(shi)，并可調控蠶(can)絲蛋白材料(liao)的孔隙率、力學(xue)性(xing)(xing)能、彈性(xing)(xing)等特性(xing)(xing)。
以蠶絲蛋白為原料制備的(de)(de)具有(you)三維孔(kong)隙率(lv)（孔(kong)隙分(fen)布均勻、孔(kong)隙率(lv)高、孔(kong)隙連通性好）、力學性能佳、具有(you)良(liang)好的(de)(de)生物相(xiang)容性及生物降解性的(de)(de)蠶絲蛋白多孔(kong)泡沫，可(ke)作為細(xi)胞支架，成(cheng)為組(zu)織(zhi)繁(fan)殖分(fen)化和新(xin)陳代謝的(de)(de)場所，為細(xi)胞生長輸送營養，排除(chu)廢物。
研究表明，使用蠶(can)絲蛋白多(duo)(duo)孔(kong)泡(pao)沫支(zhi)架(jia)能夠(gou)實(shi)現有效的(de)骨再(zai)生(sheng)和(he)血管化，并(bing)且(qie)其降解率和(he)組織(zhi)形(xing)成率非常匹(pi)配。另外，在抗(kang)菌(jun)(jun)和(he)抗(kang)膠質瘤應用中，預(yu)先在蠶(can)絲蛋白多(duo)(duo)孔(kong)泡(pao)沫支(zhi)架(jia)中負載抗(kang)菌(jun)(jun)消炎(yan)藥物或者(zhe)細(xi)胞生(sheng)長(chang)因子，可(ke)實(shi)現對周圍組織(zhi)和(he)細(xi)胞的(de)可(ke)控藥物釋放。
