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  丝胶技术研发   

丝胶效用的研究进展

李有责 时连根(浙江大学动物科学学院,浙江杭州310029)


    摘 要论述了丝胶在制作高性能生物材料、抗氧化作用、培养细胞促进作用、冷冻保护作用等方面的研究进展情况,并探讨了其应用前景。
    关键词 家蚕 丝胶 功效
    中图分类号:$886.9 文献标识码:A 文章编号:ISSN0258-4069- 【2004】01—0010—04

   家蚕成熟后吐出丝腺中的丝物质并结成茧,以保护其正常化蛹与羽化。茧层由茧丝交叉重叠粘合形成,一根茧丝由两根单丝纤维平行粘合而成,每根单丝又由中心丝素和外围丝胶构成。丝胶对两根单丝合成一根茧丝和茧丝交叉重叠成茧层起粘合作用,对液状丝素纤维化并从吐丝孔牵引出起润滑与保护作用,对缫丝时抽出的茧丝成生丝起抱合作用。除此之外,对丝胶的功效了解甚少。丝胶为高分子的水溶性蛋白,分子量为10~300kDa,由18种氨基酸组成,其中具有羟基、羧基、氨基等强极性侧基的氨基酸占绝大多数。丝胶约占茧丝的3O% ,在缫丝和精练时极大部分被除去。如此大量的优质蛋白质的有效利用,一直是蚕丝界所迫切期望的。人们对此进行了长期的研究,在制作高性能生物材料、抗氧化作用、细胞培养促进作用、冷冻保护作用等方面取得了积极的进展,本文对此作一简要论述,以利该领域研究工作的深入。
   l 制作高性能的生物材料
   将丝胶与其它树脂等物质混合,可制成聚亚安酯等高性能的生物聚合材料。生物聚合材料具有可生物降解、无污染、吸潮排湿率高、弹性好等优良特性,并且由于含有大量的废弃丝胶,使其制作成本大幅度降低,表现出较强的市场竞争力『1l。丝胶与其它成分交叉、混合、共聚等,可制作成分离用的高分子膜。Mizoguchi等(1991)将丝胶、盐酸、交叉连接剂甲醛、氨基甲酸乙酯的混合液,在室温下平铺于玻璃板上后,用120~(2热空气处理10 min,得到厚约1301xm 的薄膜,此薄膜可有效地从水、酒精混合液中分离出酒精,并可重复使用t21。Yamada等(1994)将丝胶液与丙烯睛、过硫酸钙、硫酸钠十二烷酯、蒸馏水的混合液相混合后,置6O℃下充分聚合4 h,聚合物经过滤、水洗、干燥后,溶于二甲亚砜溶液OoC)中,再平铺于光板上于8O℃ 下处理2 h,制备厚为301~m的蛋白聚合膜,此蛋白聚合膜可用于
   水与有机相的有效分离[31。Yoshikawa等(2001)将丝胶与琼脂或琼脂糖相混合,制备出了可承受0.O1-2 kgf/cm 压力的多孔渗水性膜,该膜可有效地分离乙醚、乙醇、甲醇、甲基叔丁基醚的混合物问。用丝胶制成的薄膜,置于液晶表层可呈均一液晶分子分布,从而可产生出自由流动的高质量液晶显示。此外,丝胶膜还可用于固定化酶的制作。Miyairi等(1978)用戊二醛作交联剂,将B一葡萄糖苷酶固定于丝胶膜上,所制作的固定化B一葡萄糖苷酶的耐热性、耐电渗力和稳定性均得到了提高,但酶的活性较低惕。出村诚等(1992)用丝胶水溶液包埋葡萄糖氧化酶(GOD),所得到的包埋酶表现出了较高的活性,并且保存8个月后其酶活性仍高达8O%以上[61。一些合成纤维经过丝胶的添加修饰,其功能特性可以得到大幅度提高。Wakabayashi等(1994)报道用丝胶修饰聚胺纤维,可使聚胺纤维的吸湿性提高5倍以上,并且经过5O余次洗涤后,其吸湿性仍能保持85% 以上 。将人造纤维或天然纤维(棉花)织物在3%丝
胶水溶液中浸渍一定时间后,于100~C下干燥3 min,此种含有丝胶的纤维织物具有保护损伤皮肤和抑制皮疹等皮肤病发生的作用,可用于尿布、尿布垫、绷带等产品的生产阎。此外,将丝胶混入橡胶中,可使橡胶的兼容性大幅度提高,对皮肤的过敏性降低,从而更适合于作为人造皮革用于制作橡皮手套、体育器材把柄等产品。
   2 抗氧化作用
    丝胶能体外抑制类脂物过氧化及酪氨酸酶活性,表现出明显的抗氧化作用,可作为食品、化妆品的优质天然抗氧化剂而加以应用【91。Sasaki等(2000)在用药物诱致小鼠大肠产生肿疡的研究中,发现摄食了丝胶的小鼠出现大肠肿疡的机率明显地降低。调查丝胶能抑制大肠肿疡产生的机制,发现是丝胶难于被消化酶所分解,在被摄食人动物肠道内后仍能保持其高活性,以致使动物肠道内容物也具有了抗氧化作用,使大肠粘膜上过氧化脂质量大为减少,从而抑制大肠产生肿 c9。经测试分析发现,丝胶的氨基酸组成与存在于人体皮肤中的天然保湿因子(NMF)的主要氨基酸组成非常相似。为此,丝胶可用于制作伤口敷料。Tsubouchi等(1999)用丝胶和丝素混合制成了一种厚度为10-130~m的非结晶蛋白膜,该膜结晶化程度低于1O% ,密度1100-1400 kg/m ,在室温下有高于10%的水溶性,吸水量可达自身量的100倍以上n”。将此膜敷于伤口,结果可加速伤口愈合,并且在伤口治愈时不需要去敷料,从而避免了因去敷料而伤及新生皮肤,表现出较好的实用性。丝胶具有抗药物过敏与紫外线辐射的作用,将丝胶涂抹于小鼠皮肤上,可显著地抑制由药物诱致的皮肤肿疡及紫外线照射诱发的皮肤红斑、摺皱等。查明丝胶对皮肤的作用机制,将使丝胶在护肤等医药上得到更广泛、深入的应用。
    3 细胞培养的促进作用
   寺田聪(2002)在无血清培养液中添加丝胶,研究丝胶对动物细胞培养的有效性,结果丝胶能大幅度地增强杂交瘤细胞的增殖,其增强效果与添加牛血清白蛋白的相同㈣。更值得注目的是,经高压蒸气灭菌后的丝胶,仍表现出与过滤灭菌丝胶相同的促进细胞繁殖的效果。此结果也显示:在寻求简便、实用的灭菌处理方法的细胞培养中,丝胶具有极高的应用价值。丝胶促进细胞增殖的效果,在对人子宫颈癌Hela细胞、Balb3T3小鼠线维芽细胞、人肝细胞株HepG2、用作动物替代模型的兔角膜细胞RC4、用于病毒表达载体的人胎儿肾细胞株293等很广泛的细胞系中均被观察到。由于丝胶可以进行高压灭菌,并且来源于非哺乳类,所以不会存在未知的感染源,它作为动物细胞的增殖因子,具有价值高、安全性大等特点。丝胶和丝素制成的膜具有优良的透气性,并在功能特性上与人的角膜、血管、皮肤相似。Murase(1994)将蚕茧壳完全溶解于98%的乙酸液中,倒板制成薄膜并反复水洗后,做成人工角膜、隐形眼镜、人工血管等,获得理想的效果【l31。Ahn等(2001)将丝胶与丙烯酸聚合,也成功地制作出了一种新型的聚合皮肤【】41。
    4 冷冻保护作用
Tsujimoto等(2001)在进行丝胶基因重组研究中,发现了丝胶对大肠杆菌冷冻保存时的细胞伤害具有保护作用旧。丝胶基因Serl存在特征性的丝氨酸重复序列,此重复序列(丝胶肽)由38个氨基酸组成,在用大肠杆菌系统表达时,发现丝胶肽表达株在冷冻融化后的生存率的降低被明显地抑制,此结果表明丝胶对冷冻处理具有保护作用。冷冻融化处理会使细胞的乳酸脱氢酶活性急剧降低,一般要降到原活性的lO%以下。用精制的丝胶肽来探讨其对乳酸脱氢酶的冷冻保护作用,发现添加了丝胶肽的处理区,其乳酸脱氢酶活性没有降低,几乎loo%地保持有原活性。丝胶肽富含亲水氨基酸,亲水氨基酸与水分子结合后,可以防护细胞发生脱水,从而抑制蛋白质因冷冻而发生变性失活,这是丝胶具有冷冻保护作用的基本机理[151。利用丝胶的抗冻特性,将丝胶防护膜覆盖于电冰箱、冷藏车、冷藏船等制冷设备表面,可以起到有效的冷冻防护作用。将丝胶膏涂抹于从事深度冷藏工作的工人的皮肤表面,可以防护人体皮肤遭冻害。此外,丝胶也可应用于公路、房屋顶等,能起到防霜冻及易去除积雪等作用。

   5 前景展望
    丝胶在传统的蚕丝加工产业中,是作为一种废物而被丢弃的。然而,广泛的研究均证明,丝胶在功能性生物材料、抗氧化、抗冷冻、促进细胞增殖等方面,具有很高的应用价值。为此,开发出丝胶的新功效并加以利用,变废为宝,对当前处于低谷中的蚕丝业的振兴,将产生出重大的影响。丝胶研究新领域的展开,也涉及到了新蚕品种的培育。日本农业生物资源研究所通过大幅度提高丝胶基因表达并封闭丝素基因表达,成功地育成了只分泌丝胶(近100%)的蚕品种,取名为“丝胶星”。该品种蚕与因丝素蛋白结构基因异常而分泌丝胶含量相对高的裸蛹(Nd)相比较,其分泌的丝胶量要高出4倍以上,并且分泌出的丝胶纯度高达98%。该蚕品种将被作为创新素材,用于高纯度丝胶的大量生产,这也将在一定程度上促进丝胶新功效的开发。
   
    参考文献
    i HatakeyamaH.Biodegradablethane and its production [JlO12738Asericin -containing polyureJapan patent, 1996, 08—
    2 Mizoguchi K,1watsubo T,Aisaka N.Separating membranemade of CROSS—linked thin film of sericin and productionthereoti JJ.Japan patent,1991,03—284337A
    3 Yamada H, Fuwa N. Protein-containing synthetic highmolecular material and its preparation [JJ, Japan patent,1994,06—080741A
    4 Yoshikawa M, Murakami A, Okushita Y. A blend filmcontaining agar or agarose, and sericin and productionthereog.『】.Japan patent,2001a,2001-129371A
    5 Miyairi S, Sugiura M. Properties of p-glucosidaseimmobilized in sericin membrane[J].J.erment Techno1.1978,560):303-308

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