生物物理学家把不相容的成分混合成一种纳米纤维

来源：莫斯科物理技术学院（Moscow Institute of Physics and Technology）

俄罗斯联邦理化医学临床研究中心、莫斯科物理与技术研究所和莫斯科国立洛蒙诺索夫大学的研究人员显示，在一根电纺纤维中混合两种不相容成分（蛋白质和聚合物）的可能性。发表在RSC-Advances上的这项研究还表明，由此产生的垫子可以逐渐释放蛋白质。含有蛋白质的混合垫在烧伤和伤口敷料、药物传递和释放基质以及组织工程等生物医学领域有着广阔的应用前景。

静电纺丝

由超细纤维组成的电纺毡有着广泛的应用。它们可用于液体和气体过滤、细胞培养、药物输送、吸附剂和催化基质、防护服、抗菌伤口敷料和组织工程。

静电纺丝是一种利用静电场从聚合物中制备微米和纳米纤维的方法。在大约20千伏的高压下，一旦库仑斥力克服表面张力，一滴聚合物溶液就会带电并延伸成一根细纤维。

这项技术相当灵活，可以将一系列的成分融入到电纺垫中：不同性质的微粒和纳米粒子、碳纳米管、荧光染料、药物和抗菌剂、聚合物和生物聚合物混合物。这样，垫的性能可以微调，以适应具体的实际应用。

高分子蛋白垫

电纺毡通常是由载体聚合物制成的，它确保了稳定的纤维形成，并且可以包含额外的成分。在生物医学应用中，通常需要可生物降解和生物相容性的聚合物，而聚乳酸是其中最常见的一种。聚乳酸被用于生产可降解的包装、手术线、螺钉和销钉。

在生物学和医学中使用聚乳酸的主要问题是其疏水性，因此细胞粘附性差。为了解决这个问题，聚合物与蛋白质混合，因为它们无毒，亲水，自然代谢，可以作为治疗剂。

研究人员研究了由不溶于水的聚乳酸和一种叫做牛血清白蛋白（BSA）的水溶性球蛋白组成的混合垫。在水介质中的实验表明，蛋白质组分从垫子中逐渐释放到溶液中。具体来说，大约一半的蛋白质在垫子上溶解了一周。这一效应提示了在蛋白质类药物的长期释放中可能的应用。

为了预测混合垫的性能，研究小组必须研究它们的蛋白质分布。需要注意的是，大多数聚合物不能很好地混合。在聚合物-蛋白质-溶剂体系中，组分倾向于分成两种溶液。尽管这确实适用于PLA和BSA溶液，但静电纺丝使研究人员能够克服mats中的相分离。他们用三种独立的分析方法：荧光显微镜、EDX光谱和拉曼光谱显示了每种纤维中都含有这两种成分。

“电纺聚合物-蛋白质共混垫有许多可能的应用。通过改变蛋白质的数量，你可以调整垫子生物降解的速度。蛋白质的众多官能团使我们能够通过在垫子表面附着化合物来修饰垫子表面。研究合著者德米特里·克林诺夫（Dmitry Klinov）评论说：“蛋白质基的混合垫也可以作为选择性过滤器，或者用于延长药物的释放，例如用于烧伤和伤口敷料。”。他是MIPT分子和转化医学部的研究员，也是俄罗斯联邦医学和生物局物理化学医学联邦研究临床中心医学纳米技术实验室的负责人。

More information: Elizaveta Pavlova et al, The miscibility and spatial distribution of the components in electrospun polymer–protein mats, RSC Advances (2020). DOI: 10.1039/C9RA10910B

原文链接：https://phys.org/news/2020-03-biophysicists-blend-incompatible-components-nanofiber.html

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