靜電紡絲(ES)是一種方便、適應性強且可擴展的納米/微米/宏觀纖維制備工藝,其研究價值巨大。通過這種技術,可以由多種聚合物(包括天然和合成的)以不同的設計方式制備出原始纖維和復合纖維。電紡蛋白纖維(EPF)具有良好的生物相容性、低毒性、降解性和溶解性。然而,蛋白質的可加工性問題限制了其廣泛應用。本文概述了基于蛋白質的生物材料的特點,這些生物材料已經在使用中,并且有望用于ES。最新的示例展示了EPFs在食品和生物醫藥行業(包括組織工程、傷口敷料和藥物遞送)的可用性。最后介紹了EPFs的未來前景及其面臨的挑戰。由于使用合成材料的局限性,以及納米纖維在其他領域的巨大潛力,如活性食品包裝、再生醫學、藥物遞送、化妝品和過濾等,蛋白質和生物聚合物納米纖維將很快實現工業規模的生產。
圖1.蛋白質的三大來源;動物蛋白、植物蛋白和海洋蛋白。
圖2.EPFs在食品和生物醫學領域的應用。
圖3.傳統的靜電紡絲裝置包括五個元件:i)高壓電源,ii)待電紡絲的(生物)聚合物溶液,iii)導電噴絲頭(金屬針),iv)將(生物)聚合物溶液供給噴絲頭的注射泵,以及V)接地收集器。A)通過單針靜電紡絲制備的均質靜電紡絲纖維,B)通過同軸靜電紡絲設計的核殼靜電紡絲纖維;C)通過乳液靜電紡絲構建的核殼靜電紡絲纖維;D)通過共混靜電紡絲制備的共混靜電紡絲纖維。
圖4.通過對不同玉米醇溶蛋白濃度的玉米醇溶蛋白/乙醇水溶液進行靜電紡絲制備的玉米醇溶蛋白墊的FE-SEM圖像:A)20%w/w,B)25%w/w,C)35%w/w。大豆分離蛋白(SPI)復合電紡墊的FESEM圖像,其組成比為:D)PCL:SPI(95:5),E)PCL:SPI(90:10),F)PCL:SPI(85:15),G)PCL:SPI(80:20),H)PCL:SPI(75:25)和I)PCL:SPI(70:30)。
圖5.不同谷蛋白濃度的電紡纖維的代表性圖像(比例尺為1cm):A)15wt%,B)20wt%,C)15wt%,D)20wt%。由莧菜分離蛋白復合物制備的電紡纖維的SEM圖像,其組成比為:E)莧菜分離蛋白質:普魯蘭多糖聚合物:姜黃素(50:50:0.05),和F)莧菜分離蛋白質:普魯蘭多糖聚合物:姜黃素(80:20:0.05)(比例尺5mm)。
圖6.不同重量比的電紡豌豆蛋白分離物/PUL共混物結構的SEM圖像:A)80:20,B)70:30,C)60:40,D)50:50,E)40:60,F)30:70,G)20:80,H)0:100(兩種聚合物組分均溶于蒸餾水中)。
圖7.當A)t=0h、B)6h、C)12h和D)24h時,由京尼平交聯的雙層明膠/阿拉伯膠乳液電紡絲制備的纖維的SEM顯微照片。
圖8.通過直接混合、逐層靜電沉積和異質聚集三種乳狀液體系制備的乳清蛋白靜電紡絲墊的FE-SEM圖像。
圖9.冷凍干燥的FSP粉末的制備步驟:A)35-40cm長的新鮮鰹魚,B)切片,C)切碎,D)在離心機之前用去離子水均化,E)留下上清液(FSP溶液),F)冷凍干燥FSP粉末。