20190405 周五
葡萄糖交联明胶/玉米醇溶蛋白静电纺丝纳米纤维的润湿性、力学性能及生物相容性研究
Food hydrocolloids. (IF: 5.089，2区)
推荐|张小敏（吉首大学）
研究背景
静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，是利用聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝的原理生产出纳米级直径聚合物细丝的一种方法。明胶作为FDA（美国食品和药物管理局）认可的一种生物聚合物，由于其生物相容性、生物降解性和易操作性被广泛应用于电纺技术。然而单一的明胶纳米纤维由于其耐水性差而成为其发展的主要局限因素，通过交联可以有效防止明胶纳米纤维在水中的快速溶解，以保持其三维结构。
有相关研究报道称明胶纳米纤维通过美拉德反应热交联能提高机械性能，且通过添加还原糖不仅能够通过美拉德反应实现交联，还能改变蛋白质的构象和相互作用，产生具有可调节特性的纳米纤维；同时生物聚合物的混合纺丝一直是改变纳米纤维的有效选择。而添加植物蛋白能增加其疏水性。因此添加易溶于乙醇或醋酸水溶液的玉米醇溶蛋白与明胶进行混合纺丝能提高纳米纤维的性能。该研究利用静电纺丝技术通过美拉德反应交联葡萄糖来制备明胶-玉米醇溶蛋白纳米纤维，并探究了其润湿性、力学性能及生物相容性。
研究方法
在这项工作中, 利用静电纺丝技术尝试制备葡萄糖交联明胶/玉米醇溶蛋白纳米纤维。将不同重量比的玉米醇溶蛋白与明胶混合在醋酸水溶液（醋酸：水=8：2）中制备混合纺丝液，并分别添加5%（w/v）的葡萄糖在其中，之后通过静电纺丝技术制备混合纳米纤维, 然后通过将其制备的混合纳米纤维放置在140℃的烤箱中3小时来进行 Maillard 反应交联。根据对纳米纤维进行了包括扫描电镜 (SEM)、傅里叶变换红外 (FTIR) 光谱、溶胀率、失重、水接触角、差示扫描量热法 (DSC)、热重分析 (TGA) 和机械测试等多项特征的检测。此外, 采用 CCK-8 法检测小鼠皮肤成纤维细胞 (L929), 对纳米纤维的生物相容性进行了细胞毒性试验。
研究结果
形态观察表明交联明胶-玉米醇溶蛋白纳米纤维的平均直径随玉米醇溶蛋白重量比的增加而降低。FTIR结果表明明胶与玉米醇溶蛋白均匀的分散在纤维内，并且，美拉德反应发生在蛋白质与葡萄糖之间来达到交联的目的。玉米醇溶蛋白的添加影响明胶链的移动性，导致变性温度降低。在明胶/玉米醇溶蛋白比例为1：1时，混合交联纤维显示出最疏水的表面（水接触角为134°），增加了其疏水性，且与交联明胶纳米纤维(没有添加玉米醇溶蛋白)的机械性能相当，然而当玉米醇溶蛋白的比例更高（超过50％）会导致弹性模量降低。 L929细胞毒性试验表明，交联明胶/玉米醇溶蛋白纳米纤维具有良好的生物相容性和非细胞毒性。
研究结论
在这项工作中, 作者成功利用静电纺丝技术通过美拉德反应交联葡萄糖制备了明胶-玉米醇溶蛋白纳米纤维。交联纤维垫具有良好的长期耐水性、可调节润湿性和机械性能, 以及优良的生物相容性和非细胞毒性。本工作通过 Maillard 反应设计交联提供了一个混合蛋白纳米纤维制作的新选择。
原文链接
Study on wettability, mechanical property and biocompatibility of electrospun gelatin/zein nanofibers cross-linked by glucose.by LingliDeng, …. HuiZhang (2018)
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0268005X18309913
DOI: 10.1016/j.foodhyd.2018.07.042
学者简介
张 辉
张 辉，浙江大学食品科学与营养系副主任，副教授，博士生导师。主要从事功能性油脂、蛋白质及稳态化等方面的教学和科研工作。2004年6月获吉林大学食品科学与工程专业学士学位，2009年6月获浙江大学食品科学专业博士学位。受德国政府DAAD学术交流中心的资助，2010年10月至2012年8月赴德国University of Hohenheim从事博士后工作。受中国国家留学基金委的资助，2014年8月至2015年8月赴美国University of California Davis作为访问学者开展合作研究。担任美国油脂化学学会（AOCS）会员、中国营养学会会员、中国生物发酵产业协会生物资源提取分会理事、浙江省营养学会青年工作委员会委员、浙江省食品添加剂和配料行业协会专家委员会委员等学术兼职。主持承担了国家自然科学基金项目、科技部“十三五”国家重点研发计划、浙江省自然科学基金、浙江省重点科技创新团队等国家级省部级项目10余项。在国内外重要学术期刊和国际会议论文集上发表论文70余篇，其中发表SCI学术论文50余篇。授权国家发明专利10余项，其中1项“山茶油微乳液及其制备方法”实现成果转化。获得了2012年浙江省优秀博士学位论文、2011年浙江省高等学校科研成果奖等学术奖励。