絲素蛋白纖維人工韌帶的制備及性能分析

吳惠英， 周　燕， 左保齊

(1. 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織服裝與藝術(shù)傳媒學(xué)院，江蘇 蘇州215009； 2. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215006；3. 現(xiàn)代絲綢國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 215123)

?

研究與技術(shù)

絲素蛋白纖維人工韌帶的制備及性能分析

吳惠英1,2， 周燕1， 左保齊2,3

(1. 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織服裝與藝術(shù)傳媒學(xué)院，江蘇 蘇州215009； 2. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215006；3. 現(xiàn)代絲綢國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 215123)

絲素具有良好的生物相容性，作為組織工程材料引起廣泛關(guān)注。因此，結(jié)合天然絲素和再生絲素仿真構(gòu)建人工韌帶，在立式錠子編織機(jī)上，以再生絲素長(zhǎng)絲為軸紗、外包天然絲素纖維編織管狀結(jié)構(gòu)的織物復(fù)合構(gòu)建人工韌帶。研究表明：采用CaCl2-FA溶液可常溫條件下快速溶解蠶絲獲得再生絲素溶液，通過(guò)濕法紡絲技術(shù)能夠制備表面光滑且力學(xué)性能良好的再生絲素長(zhǎng)絲。選擇天然絲素纖維編織層數(shù)為9層、角度為2θ=45°±2°、中間包裹400根再生絲素長(zhǎng)絲構(gòu)建絲素蛋白纖維人工韌帶，該韌帶材料的斷裂強(qiáng)力可達(dá)(1 942.6±7.5)N。體外降解實(shí)驗(yàn)表明，韌帶材料中再生絲素長(zhǎng)絲較天然絲素纖維有更快的降解速度。

氯化鈣/甲酸；天然絲素；再生絲素長(zhǎng)絲；人工韌帶；性能；降解

人體前交叉韌帶是膝關(guān)節(jié)中的重要組成部分，由致密的纖維結(jié)締組織結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中Ⅰ型膠原約占90%，Ⅲ型、Ⅳ型膠原約占10%?？v行、致密的Ⅰ型膠原組成了直徑約為20 μm的纖維，被較細(xì)的Ⅲ型膠原分隔成直徑20～400 μm的纖維束[1-2]。前交叉韌帶中大多數(shù)的纖維束呈縱向排列，其中也有部分纖維束呈螺旋排列[3]。目前由于劇烈運(yùn)動(dòng)、交通事故等因素造成的前交叉韌帶的損傷現(xiàn)象呈逐漸上升的趨勢(shì)。對(duì)于人工韌帶的修復(fù)材料而言，提供足夠的抗拉強(qiáng)度及良好的抗磨損能力是延長(zhǎng)人工韌帶使用壽命的關(guān)鍵因素，此外，還應(yīng)具有良好的生物相容性，對(duì)人體無(wú)害、無(wú)過(guò)敏反應(yīng)等性質(zhì)。

在眾多的人工韌帶修復(fù)材料中，Altman等[4]采用蠶絲設(shè)計(jì)了鋼纜式韌帶，但鋼纜式結(jié)構(gòu)中蠶絲間排列緊密，細(xì)胞只能在支架表面上生長(zhǎng)，很難進(jìn)入支架內(nèi)部。Liu等[5]將絲素制備成框架型結(jié)構(gòu)后浸入到絲素溶液中形成三維空間結(jié)構(gòu)構(gòu)建人工韌帶修復(fù)材料，但其穩(wěn)定性很難控制。此外，Cooper等[6]用乳酸乙醇酸共聚物纖維結(jié)合表面多孔化技術(shù)設(shè)計(jì)人工韌帶，Lu等[7]以聚乳酸和聚對(duì)苯二甲酸乙二脂為原料，Ide等[8]將聚左旋乳酸和Ⅰ型膠原混合編織，Chen等[9]將Ⅰ型膠原微孔海綿與乳酸乙醇酸共聚物結(jié)合表面網(wǎng)狀孔隙結(jié)構(gòu)等方式構(gòu)建人工韌帶。目前在臨床中使用的LARS韌帶是以滌綸為原料構(gòu)建的人工韌帶，它能夠提供良好的機(jī)械性能，30根滌綸長(zhǎng)絲構(gòu)建的韌帶材料的抗拉強(qiáng)力達(dá)到1 500 N，80根可達(dá)3 600 N[10]，但其仍屬于永久型人工韌帶，無(wú)法在體內(nèi)降解，不能引導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)促進(jìn)人體自身韌帶組織的形成。

蠶絲是由多種氨基酸組成的天然蛋白質(zhì)，具有獨(dú)特的理化性質(zhì)及良好的生物相容性，近年來(lái)在眾多生物醫(yī)用高分子材料中脫穎而出，是一種可制備成如再生長(zhǎng)絲、靜電紡納米纖維、水凝膠等多種形態(tài)的材料。本文以天然絲素和再生絲素長(zhǎng)絲為原料，以管狀結(jié)構(gòu)作為人工韌帶的基本結(jié)構(gòu)，其中再生絲素長(zhǎng)絲為芯紗、天然絲素纖維作為外包紗共同編織，充分發(fā)揮絲素材料的良好生物相容性，以及再生絲素長(zhǎng)絲的可降解性和天然絲素的優(yōu)良力學(xué)性質(zhì)，開(kāi)發(fā)可降解型人工韌帶修復(fù)材料。采用氯化鈣/甲酸(CaCl2-FA)溶解蠶絲獲得再生絲素溶液，通過(guò)濕法紡絲技術(shù)制備再生絲素長(zhǎng)絲。優(yōu)化天然絲素纖維的編織角度，以再生絲素長(zhǎng)絲為芯紗構(gòu)建力學(xué)性能較好的人工韌帶修復(fù)材料。通過(guò)體外降解實(shí)驗(yàn)表征以天然絲素和再生絲素長(zhǎng)絲構(gòu)建的韌帶材料的降解行為。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1材料與儀器

1.1.1材料

桑蠶絲(線密度為65 dtex，浙江湖州宏成紡織有限公司)，無(wú)水碳酸鈉(Na2CO3，分析純，上海試劑總廠)，無(wú)水氯化鈣(CaCl2，分析純，上海試劑總廠)，98%甲酸(FA，分析純，江蘇強(qiáng)盛化工有限公司)，磷酸緩沖液(PBS，pH=7.4，上海雙螺旋生物科技有限公司)，放線菌蛋白酶(Actinomycetes protease，活性單位3.5 U/mg，Sigma公司)。

1.1.2儀器

Hitachi S-570型掃描電鏡(Hitachi Limited，日本)，NICOLET 5700智能型傅立葉紅外光譜儀(Thermo Nicolet Corporation，美國(guó))，Instron萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(Instron，美國(guó))，DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市英峪予華儀器廠)，YTS 2-24型立式錠子編織機(jī)(溢泰織造機(jī)械有限公司)，MT-Ⅲ型009-300-S-D脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器(國(guó)營(yíng)寧波海洋漁業(yè)公司漁機(jī)廠)。

1.2再生絲素長(zhǎng)絲的制備

1.2.1脫膠過(guò)程

用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的碳酸鈉(Na2CO3)溶液按1︰20的浴比沸煮一定量的桑蠶絲，沸煮時(shí)間30 min，反復(fù)脫膠3次，每次脫膠后用60 ℃以上的去離子水清洗，放在60 ℃條件下的烘箱里烘干，備用。

1.2.2絲素的溶解及再生絲素長(zhǎng)絲的制備

將脫膠桑蠶絲溶于CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%、FA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.0%的混合溶液中制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.0%的再生絲素溶液，溶解時(shí)間約2～4 h，所得溶液在常溫下具有良好的流動(dòng)性。采用濕法紡絲技術(shù)進(jìn)行再生絲素長(zhǎng)絲的制備。紡絲工藝為：紡絲溫度25 ℃；凝固浴去離子水；凝固槽長(zhǎng)度1.5 m；紡絲壓力0.1 MPa；紡絲速率5 mL/h；卷繞速率10 r/min。

1.2.3人工韌帶的編織工藝

采用立式錠子編織機(jī)進(jìn)行編織，二維錠子編織機(jī)是由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、軌道盤(pán)、攜紗器、成型器及牽拉裝置組成，攜紗器的運(yùn)動(dòng)軌跡為“8”字型，該設(shè)備操作簡(jiǎn)單，編織速度可控，兩組紗線互相交錯(cuò)形成管狀織物(圖1)，織物管徑可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。

圖1　立式錠子編織機(jī)及其運(yùn)動(dòng)方式Fig.1　Vertical spindle weaving machine and its movement way

1.3測(cè)試分析

1.3.1形貌觀察

利用掃描電鏡觀察再生絲素長(zhǎng)絲的表面形貌，噴金厚度20～30 nm。利用Canon 650D相機(jī)高清拍攝韌帶材料的形態(tài)，放大后測(cè)量紗線間夾角，并分別命名為人工韌帶NSF-1，人工韌帶NSF-2。

1.3.2力學(xué)性能測(cè)試

利用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定材料的力學(xué)性能。力學(xué)性能測(cè)試前，先將樣品置于恒溫恒濕(溫度為20 ℃±2 ℃，相對(duì)濕度為65%±2%)條件平衡24 h，夾持長(zhǎng)度40 mm，拉伸速率為20 mm/min，預(yù)張力0.2 N，樣品測(cè)試5個(gè)。

1.3.2體外降解性實(shí)驗(yàn)

放線菌蛋白酶于37 ℃溶解于0.05 mol/L (pH=7.4)的PBS溶液中，得到5 U/mL的放線菌蛋白酶溶液。降解過(guò)程中每隔2 h取出樣品，同時(shí)用新配制的酶溶液更換原來(lái)的酶溶液，使其他的樣品繼續(xù)降解，酶溶液的體外降解實(shí)驗(yàn)持續(xù)15 d。取出的樣品加入50 mL蒸餾水浸泡1 d，反復(fù)清洗，除去無(wú)機(jī)鹽，室溫干燥。將降解后的材料干燥后進(jìn)行表面形貌觀察。

2　結(jié)果與分析

2.1再生絲素長(zhǎng)絲的性能

2.1.1再生絲素長(zhǎng)絲的表面形貌

濕法紡絲過(guò)程中，紡絲液細(xì)流與凝固劑接觸后，改變了紡絲液細(xì)流的相平衡，使聚合物和溶劑分離，紡絲液中的溶劑和鹽向外擴(kuò)散，凝固劑向內(nèi)擴(kuò)散，最終形成固相的纖維。前期的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)[11-13]，采用CaCl2-FA溶解方式可以快速制備得到再生絲素溶液，不需要濃縮即可紡絲，更為重要的是絲素溶液中含有尺寸不一的納米原纖結(jié)構(gòu)，而原纖結(jié)構(gòu)正是天然蠶絲優(yōu)良力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。因此，采用含有原纖結(jié)構(gòu)的絲素溶液進(jìn)行紡絲，所得再生絲素長(zhǎng)絲的性能也會(huì)有所提高。通過(guò)纖維的表面形貌觀察發(fā)現(xiàn)(圖2)，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的再生絲素溶液所制備的再生絲素長(zhǎng)絲表面光滑，直徑均勻，纖維直徑為(11.2±3.5)μm，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密；將其纖維表面放大5萬(wàn)倍時(shí)，纖維表面可以清晰觀察到原纖結(jié)構(gòu)，這說(shuō)明再生絲素溶液中的納米原纖結(jié)構(gòu)在濕法紡絲過(guò)程中又重組成再生絲素長(zhǎng)絲。

圖2　再生絲素長(zhǎng)絲的表面形貌Fig.2　Morphologies of silk fibroin filaments

2.1.2再生絲素長(zhǎng)絲的力學(xué)性能

將再生絲素長(zhǎng)絲分別拉伸2、3、4倍后進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果如表1所示。拉伸處理可以進(jìn)一步提高長(zhǎng)絲的取向排列和結(jié)晶度，從而使長(zhǎng)絲的力學(xué)性能得到改善，表1顯示牽伸4倍后纖維的斷裂應(yīng)力可達(dá)(358.4±43.2)MPa。

表1　不同倍數(shù)拉伸后絲素長(zhǎng)絲的力學(xué)性能Tab.1　Mechanical properties of SF filaments under different drawing ratios

2.2天然絲素纖維韌帶材料的力學(xué)性能

2.2.1材料的受力分析及編織角度的選擇

圖3　人體韌帶的力學(xué)行為特征Fig.3　Mechanical behavior features of human ligament

人體前交叉韌帶在外力拉伸過(guò)程中表現(xiàn)出三個(gè)階段的行為變化[14]，如圖3所示。非線性區(qū)：在低應(yīng)力作用下韌帶的變形不明顯。在這一過(guò)程中，當(dāng)外力作用于韌帶組織時(shí)，首先將力轉(zhuǎn)移到膠原纖維中導(dǎo)致纖維間橫向的收縮，同時(shí)纖維中卷曲的結(jié)構(gòu)被拉直。線性區(qū)：在這一階段斜率增加，隨著纖維卷曲的結(jié)構(gòu)被拉直后，外力會(huì)直接作用到膠原分子中。膠原纖維的螺旋結(jié)構(gòu)被拉直，同時(shí)橫向連接的原纖結(jié)構(gòu)發(fā)生相對(duì)滑移，導(dǎo)致單位應(yīng)變下應(yīng)力的增加，斜率增加。屈服區(qū)：在這一區(qū)域表現(xiàn)為斜率的下降，同時(shí)原纖結(jié)構(gòu)斷裂。在這一區(qū)域，韌帶中原纖結(jié)構(gòu)的斷裂導(dǎo)致膠原纖維斷裂，最終引起韌帶斷裂，應(yīng)力-應(yīng)變曲線中斜率降低。為了更好地恢復(fù)膝關(guān)節(jié)作用，韌帶替代材料需要具備與正常前交叉韌帶相似的生物力學(xué)性質(zhì)才能更好發(fā)揮韌帶的功能作用。本文分別采用兩種角度進(jìn)行韌帶材料的編織，放大后測(cè)量?jī)煞N韌帶材料紗線間的夾角2θ分別為45°±2°和95°±2°，其中θ為編織角，實(shí)物如圖4所示，材料拉伸時(shí)的受力分析如圖5所示。

圖4　不同編織角度構(gòu)建的人工韌帶材料Fig.4　Artificial ligament constructed with different braiding angle

圖5　人工韌帶材料拉伸過(guò)程受力分析Fig.5　Analysis of stress of artificial ligament in stretching process

由圖5可知，材料所受力的作用滿足關(guān)系式：

B=TSX=TS·sinθ

(1)

T=TSy=TS·cosθ

(2)

式中：θ為編織角；T為軸向拉力；B為法向力；Ts為沿紗線方向拉力。

編織角度是影響韌帶材料受力過(guò)程中非線性區(qū)的長(zhǎng)度及斷裂強(qiáng)力的關(guān)鍵因素。隨著編織角度的增加，外力首先是將與軸向呈一定夾角的紗線由偏移軸方向的位置拉伸轉(zhuǎn)移至與軸平行的位置，然后再作用于這些被拉直的紗線。本文以天然絲素纖維構(gòu)建的NSF-1，即2θ=45°±2°，力的作用首先是將紗線從與軸向呈夾角的位置轉(zhuǎn)移到與軸向平行的位置，即在低應(yīng)力作用下韌帶材料發(fā)生的變形，變形會(huì)持續(xù)一段時(shí)間直至伸直，再將外力轉(zhuǎn)移至與軸向平行的紗線中。在這一過(guò)程中，材料的變形及受力情況與人體前交叉韌帶變形過(guò)程很相似。隨著編織角度的繼續(xù)增加，如本文的天然絲素纖維構(gòu)建的NSF-2，即2θ=95°±2°，紗線間夾角過(guò)大，當(dāng)外力作用于紗線后，紗線由傾斜到與軸向平行的轉(zhuǎn)變過(guò)程所需時(shí)間較長(zhǎng)，形變量過(guò)大。因此綜合考慮形變及斷裂強(qiáng)力等因素，本文選用2θ=45°±2°作為天然絲素纖維的編織角度。

2.2.2力學(xué)性能測(cè)試

為了討論不同層數(shù)對(duì)材料力學(xué)性能的影響，采用兩種不同編織角度分別編織1、3、6、9層，圖6為NSF-1、NSF-2的力學(xué)性能。圖6可見(jiàn)，隨著編織層數(shù)的增加，材料的斷裂強(qiáng)力逐漸增加。力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，NSF-1的編織層數(shù)為9層，紗線間夾角2θ=45°±2°時(shí)，材料的斷裂伸長(zhǎng)為33.5%±6.1%，與人體前交叉韌帶的斷裂伸長(zhǎng)率約為33%相近。同時(shí)，材料的斷裂強(qiáng)力達(dá)到(1523.2±18.3)N，與人體前交叉韌帶的斷裂強(qiáng)力(2160±157)N[4]相近。而NSF-2的編織層數(shù)為9層，紗線間夾角2θ=95°±2°時(shí)，斷裂強(qiáng)力和斷裂強(qiáng)度與NSF-1的結(jié)果相近，但斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到了63.7%±2.5%，幾乎達(dá)到了人體前交叉韌帶斷裂伸長(zhǎng)率的2倍，變形較大。這與前面所討論的受力分析過(guò)程中紗線夾角與力學(xué)行為間的關(guān)系結(jié)論一致。

2.3絲素蛋白纖維人工韌帶的構(gòu)建及性能

2.3.1絲素蛋白纖維人工韌帶的構(gòu)建

將制備的再生絲素長(zhǎng)絲集束收集后平行排列作為軸紗、天然絲素纖維作為外包紗線相互交錯(cuò)進(jìn)行編織構(gòu)建絲素蛋白纖維人工韌帶修復(fù)材料，如圖7所示。結(jié)合人體斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂強(qiáng)度等參數(shù)，選擇天然絲素纖維編織層數(shù)為9層，編織角度控制在2θ=45°±2°，中間包裹400根再生絲素長(zhǎng)絲構(gòu)建絲素蛋白纖維人工韌帶。在該結(jié)構(gòu)中既有平行排列又有相互交叉排列的兩種纖維共同組成，結(jié)構(gòu)形態(tài)上與人體前交叉韌帶相近。

圖7　絲素蛋白纖維人工韌帶的構(gòu)建Fig.7　Construction of artificial ligament with silk fibroin

2.3.2絲素蛋白纖維人工韌帶的力學(xué)性能

將絲素蛋白纖維人工韌帶進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果如表2所示。在受到外力拉伸作用后，包裹在芯部的長(zhǎng)絲受到外包天然絲素纖維的保護(hù)，天然絲素纖維首先受到力的作用，隨著纖維間的夾角逐漸

表2　絲素蛋白纖維人工韌帶的力學(xué)性能Tab.2　Mechanical properties of artificial ligaments constructed with silk fibroin

減小，兩種纖維都受到外力作用，其最終的斷裂強(qiáng)力可以達(dá)到(1 942.6±7.5)N，較純天然絲素纖維構(gòu)建的人工韌帶在力學(xué)性能上有所提高，這說(shuō)明再生絲素長(zhǎng)絲在其中起到了一定的作用。

2.3.3絲素蛋白纖維人工韌帶的降解性能

將絲素蛋白纖維人工韌帶放置于放線菌蛋白酶溶液中進(jìn)行體外降解實(shí)驗(yàn)，分別在降解5 d(圖8)和15 d(圖9)時(shí)選擇天然絲素纖維中最外層、最里層及位于芯紗部位的再生絲素長(zhǎng)絲進(jìn)行表面形貌觀察。研究發(fā)現(xiàn)，天然絲素纖維在降解液中的性質(zhì)較穩(wěn)定，降解5 d時(shí)纖維幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，而處于芯部的再生絲素長(zhǎng)絲在外包纖維的保護(hù)下，其纖維形態(tài)也較完整。當(dāng)降解15 d時(shí)，隨著降解液對(duì)纖維的不斷降解，外層的天然纖維出現(xiàn)了劈裂現(xiàn)象，而里層纖維仍保持規(guī)整的結(jié)構(gòu)。然而隨著外層纖維發(fā)生逐漸降解，降解液滲透到內(nèi)部，對(duì)再生絲素長(zhǎng)絲作用逐漸加強(qiáng)，再生絲素長(zhǎng)絲纖維降解嚴(yán)重、形態(tài)模糊。降解實(shí)驗(yàn)表明，在絲素蛋白纖維人工韌帶材料中，表現(xiàn)出天然絲素纖維降解速度緩慢、再生絲素長(zhǎng)絲降解速度快的降解差異，實(shí)現(xiàn)了可降解型人工韌帶的設(shè)計(jì)要求。

圖8　材料降解5 d時(shí)纖維表面形貌觀察Fig.8　Morphologies of fibers after degradation for 5 days

圖9　材料降解15 d時(shí)纖維表面形貌觀察Fig.9　Morphologies of fibers after degradation for 15 days

3　結(jié)　論

本文采用天然絲素纖維和再生絲素長(zhǎng)絲以管狀織物的結(jié)構(gòu)形態(tài)構(gòu)建人工韌帶，研究表明：采用CaCl2-FA溶解蠶絲可快速獲得再生絲素溶液，同時(shí)該溶液具有良好的可紡性，通過(guò)濕法紡絲技術(shù)能夠制備表面光滑且力學(xué)性能良好的再生絲素長(zhǎng)絲。選擇天然絲素纖維編織層數(shù)為9層、編織角度控制在2θ=45°±2°、中間包裹400根再生絲素長(zhǎng)絲構(gòu)建絲素蛋白纖維人工韌帶，該韌帶材料的斷裂強(qiáng)力可達(dá)(1 942.6±7.5)N。從韌帶材料中纖維的表面形貌觀察發(fā)現(xiàn)，再生絲素長(zhǎng)絲較天然絲素纖維有較快的降解速度。

[1]PETERSEN W, TILLMANN B. Anatomy and function of the anterior cruciate ligament[J]. Der Orthopade,2002,31(8):710-718.

[2]JAMISON S T, MCNALLY M P, SCHMITT L C, et al. The effects of core muscle activation on dynamic truck position and knee abduction moments: implication for ACL injury[J]. Journal of Biomechanics,2013,46(13):2236-2241.

[3]LEONG N L, FRANK F A, DAVID R M. Current tissue engineering strategies in anterior cruciate ligament reconstruction[J]. Journal of Biomedical Materials Research: Part A,2014,102(5):1614-1624.

[4]ALTMAN G H, HORAN R L, LU H H, et al. Silk matrix for tissue engineered anterior cruciate ligaments[J]. Biomaterials,2002,23(20):4131-4141.

[5]LIU H F, LIU H B, SIEW L T, et al. A comparison of rabbit mesenchymal stem cells and anterior cruciate ligament fibroblasts responses on combined silk scaffolds[J]. Biomaterials,2008,29(10):1443-1353.

[6]COOPER J A, LU H H, KO F K, et al. Fiber-based tissue-engineered scaffold for ligament replacement: design considerations and in vitro evaluation[J]. Biomaterials,2005,26(13):1523-1532.

[7]LU Q, SIMIONESCU A, VYAVAHARE N. Novel capillary channel fiber scaffolds for guided tissue engineering[J]. Acta Biomaterialia,2005,1(6):607-614.

[8]IDE A, SAKANE M, CHEN G P, et al. Collagen hybridization with poly L-lactic acid braid promotes ligament cell migration[J]. Materials Science and Engineering C,2001,17(1):95-99.

[9]CHEN G P, SATO T, SAKANE M, et al. Application of PLGA-collagen hybridmesh for three-dimens ional culture of canine anterior cruciate ligament cells[J]. Materials Science and Engineering C,2004,24(6):861-866.

[10]NAU T, NLAVOIE P, DUVAL N. A new generation of artificial ligaments in reconstruction of the anterior cruciate ligament[J]. Journal of Bone and Joint Surgery,2002,84(3):356-360.

[11]WU H Y, ZHANG F, YUE X X, et al. Wet-spun silk fibroin scaffold with hierarchical structure for ligament tissue engineering[J]. Materials Letters,2014,135:63-66.

[12]YUE X X, ZHANG F, WU H Y, et al. A novel route to prepare dry-spun silk fibers from CaCl2-formic acid solution[J]. Materials Letters,2014,128:175-178.

[13]吳惠英,左保齊,周燕.氯化鈣/甲酸溶解體系下氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)蠶絲溶解性的影響[J].紡織學(xué)報(bào),2014,35(12):1-6.

WU H Y, ZUO B Q, ZHOU Y. Effect of CaCl2concentration on solubility of silk in CaCl2-formid acid system[J]. Journal of Textile Research,2014,35(12):1-6.

[14]JOSEPH W F, MIA D W, CATO T L. Tissue engineering of the anterior cruciate ligament using a braid-twist scaffold design[J]. Journal of Biomechanics,2007,40:2029-2036.

Preparation of artificial ligament with silk fibroin and analysis of its property

WU Huiying1,2, ZHOU Yan1, ZUO Baoqi2,3

(1. School of Textile and Clothing and Arts and Media, Suzhou Institute of Trade & Commerce, Suzhou 215009, China;2. College of Textile & Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215123, China; 3. National Engineering Laboratory for Modern Silk, Suzhou 215123, China)

Silk fibroin has2-Formid Acid solution quickly to gain regenerated silk fibroin solution, and silk fibroin filaments with smooth surface and good mechanical property can be obtained by wet spinning technology. The breaking strength of ligament can reach (1 942.6±7.5)N under the following conditions: 9 layers of natural silk fibroin, angle 2θ=45°±2°, and 400 filaments as core yarns. The degradation tests demonstrate that regenerated silk fibroin filaments degrade faster than natural silk fibroin.

extensive attention as a choice for tissue engineering material because of its good biocompatibility. In this paper, composite silk fibroin ligament was constructed with natural silk fibroin and regenerated silk fibroin by using vertical spindle knitting machine. In the artificial ligament, regenerated silk fibroin filaments were braided as core yarns and natural silk fibroin was braided outside. The results indicate that at room temperature silk van be dissolved in CaCl

calcium chloride/formic acid; natural silk fibroin; regenerated silk fibroin filament; artificial ligament; property; degradation

10.3969/j.issn.1001-7003.2016.07.001

2015-09-21;

2016-06-02

國(guó)家繭絲綢發(fā)展專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(國(guó)繭協(xié)辦函〔2015〕32號(hào))；江蘇省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(BK2014 1207)；蘇州市應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(SYG201431)；中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技指導(dǎo)性項(xiàng)目(2015009)；蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然基金項(xiàng)目(KY-ZR1501)

TS102.33

A

1001-7003(2016)07-0001-06引用頁(yè)碼: 071101