孫廣東， 黃 益， 邵建中， FAN Qinguo

(1. 浙江理工大學(xué) 生態(tài)染整技術(shù)教育部工程研究中心， 浙江 杭州 310018； 2. 麻省大學(xué)達(dá)特茅斯分校 生物工程系， 馬薩諸塞州 北達(dá)特茅斯 02747)

蠶絲具有色澤光鮮、天然無(wú)毒、性能優(yōu)異等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于紡織、食品加工等領(lǐng)域。針對(duì)其組成和結(jié)構(gòu)的研究已長(zhǎng)達(dá)50年，其主要成分的研究近年來(lái)已較為成熟。蠶絲的主要成分是絲素蛋白(SF)，約占蠶絲總成分的 75%～80%[1]。絲素蛋白是一種天然的高分子蛋白質(zhì)，具有優(yōu)異的生物相容性、可降解性等。得益于其良好的物化性能，絲素蛋白被廣泛應(yīng)用于紡織品、食品、化妝品等領(lǐng)域，并不斷向生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域拓展[2-3]。目前生物醫(yī)用蠶絲蛋白材料是指再生絲蛋白(RSF)，是由蠶絲溶解獲得的蛋白質(zhì)。絲素蛋白水凝膠具有特定的有序結(jié)構(gòu)，可調(diào)的力學(xué)性能，低免疫原性、生物降解性和類(lèi)細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)，是組織工程支架、醫(yī)用紡織品、生物傳感器等材料的良好選擇[4]。

常規(guī)的絲素蛋白水凝膠主要是通過(guò)加入醇類(lèi)、表面活性劑[5]，改變溫度、濃度、pH值、輻照條件、離子強(qiáng)度(包括鈣離子、鉀離子等)或者超聲、剪切處理等[6-8]條件促進(jìn)絲素蛋白分子發(fā)生構(gòu)象轉(zhuǎn)變[9-11]，或通過(guò)加入化學(xué)交聯(lián)劑[12-14](如戊二醛、酪氨酸酶、京尼平等)實(shí)現(xiàn)絲素蛋白鏈與交聯(lián)劑間的共價(jià)鍵交聯(lián)，從而構(gòu)建三維的高分子凝膠網(wǎng)絡(luò)。然而上述方法往往難以同時(shí)滿(mǎn)足絲素蛋白水凝膠對(duì)生物活性、凝膠效率及凝膠強(qiáng)度的要求，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。如何高效、安全地制備高強(qiáng)度絲素蛋白水凝膠，對(duì)開(kāi)發(fā)人造皮膚/器官等高端醫(yī)用紡織品、新型組織工程支架等具有重要意義。

將光交聯(lián)技術(shù)與絲素蛋白水凝膠相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)絲素蛋白水凝膠的高效可控制備。研究者通過(guò)化學(xué)改性制備了可光交聯(lián)的丙烯酸酯化[15]或降冰片烯功能化[16]的絲素蛋白大分子，經(jīng)自由基光聚合/巰基烯反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了絲素蛋白化學(xué)凝膠的高效制備。2003年，核黃素(維生素B2)在370 nm紫外線下與絲素蛋白光偶合交聯(lián)(二酪氨酸)制備膠原蛋白水凝膠，并首次應(yīng)用于圓錐角膜的治療[17]，該研究工作無(wú)需對(duì)絲素蛋白進(jìn)行化學(xué)改性。Applegate等[18]以核黃素為光引發(fā)劑在紫外光/可見(jiàn)光下實(shí)現(xiàn)透明、有彈性的絲蛋白水凝膠的制備，并用于圓錐角膜的修復(fù)，有望實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的視力矯正，以減輕永久性手術(shù)并發(fā)癥；但該方法制備的絲素蛋白水凝膠普遍存在凝膠時(shí)間(>30 min)長(zhǎng)、凝膠強(qiáng)度(<100 Pa)低等問(wèn)題，存在極大的局限性。此外，高能量紫外光易使具有生物活性的復(fù)合物質(zhì)(細(xì)胞、DNA、蛋白質(zhì)等)失活，同時(shí)存在固化深度淺、輻射和臭氧污染等問(wèn)題，因此，有必要開(kāi)發(fā)能量較高、溫和的絲素蛋白水凝膠的可見(jiàn)光交聯(lián)技術(shù)。

相較于紫外光和其他可見(jiàn)光，誕生于20世紀(jì)90年代的藍(lán)光LED是一種較安全、高能的低溫光源，具有安全和能量利用率高的顯著優(yōu)勢(shì)。作為一種新型的可見(jiàn)光聚合技術(shù)，藍(lán)光聚合最早應(yīng)用于齒科填充領(lǐng)域。目前在生物醫(yī)藥、數(shù)碼印花、3D打印等[19-21]領(lǐng)域均有應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度絲素蛋白水凝膠的快速安全制備，本文以4種生物相容性良好的光引發(fā)劑(樟腦醌(CQ)、核黃素磷酸鈉(FMN)、曙紅Y(EY)及姜黃素(CC))以及光敏增效劑(二苯基碘鎓六氟磷酸鹽(DPI))為研究對(duì)象，對(duì)其光譜吸收特性及藍(lán)光引發(fā)性能進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上探明藍(lán)光引發(fā)絲素蛋白光交聯(lián)反應(yīng)的機(jī)制，并高效、安全地制備再生絲素蛋白水凝膠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

樟腦醌、核黃素磷酸鈉、曙紅Y、姜黃素、二苯基碘鎓六氟磷酸鹽、丙烯酰胺(AM)，分析純，美國(guó)Sigma Aldrich公司；生絲坯布，面密度為65 g/m2，杭州萬(wàn)事利絲綢文化股份有限公司；纖維素透析袋，36 mm，截留分子質(zhì)量為8 000～14 000 u，上海聯(lián)碩生物科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Lambda-950型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(美國(guó)Perkinelmer公司)；Q2000型Photo-DSC光量熱系統(tǒng)(美國(guó)TA公司)；MCR52型旋轉(zhuǎn)流變儀(奧地利Anton Paar公司)；藍(lán)光LED(100 W，實(shí)驗(yàn)室自制)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 絲素蛋白的溶解與濃縮

首先將生絲(已脫膠)坯布剪碎，分批加入CaCl2-CH3CH2OH-H2O三元體系(量比為1∶2∶8)中，浴比為1∶20，升溫至70 ℃，振蕩攪拌溶解約 3 h。將上述溶解體系冷卻至室溫后，轉(zhuǎn)移至纖維素透析袋中，置于去離子水中透析處理3～4 d(第1天時(shí)每2 h換一次水)。將上述透析液進(jìn)行離心處理(10 000 u， 20 min，25 ℃)，即得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的絲素蛋白溶液。

將絲素蛋白溶液置于纖維素透析袋中，轉(zhuǎn)移至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的聚乙烯吡咯烷酮(分子質(zhì)量為 10 000 u)溶液中進(jìn)行透析濃縮處理約24 h，即可得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.5%的絲素蛋白溶液。

1.3.2 光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠的制備

準(zhǔn)確稱(chēng)取一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)(與絲素蛋白相比)的光引發(fā)劑(光敏增效劑)，然后加入絲素蛋白溶液后避光攪拌至均勻溶解，得到絲素蛋白前驅(qū)液。將上述前驅(qū)液轉(zhuǎn)移至模具內(nèi)，在氮?dú)夥諊鷥?nèi)于467 nm藍(lán)光LED的照射下反應(yīng)一定時(shí)間，即得到絲素蛋白水凝膠。

1.4 性能測(cè)試與表征

1.4.1 光引發(fā)劑的藍(lán)光聚合性能測(cè)試

首先配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的丙烯酰胺溶液，然后分別稱(chēng)取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的光引發(fā)劑(相對(duì)于丙烯酰胺質(zhì)量)，經(jīng)超聲溶解至均一后，即得到可藍(lán)光聚合的丙烯酰胺前驅(qū)體。

采用Photo-DSC光量熱系統(tǒng)在恒溫(25 ℃)模式下對(duì)不同前驅(qū)體的藍(lán)光聚合反應(yīng)熱流變化進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。準(zhǔn)確稱(chēng)取7～8 mg的水凝膠聚合前驅(qū)液于敞口Tzero鋁盤(pán)中，同時(shí)放置空盤(pán)作為參比樣。通過(guò)400～500 nm的帶通濾光片和10%衰減濾光片對(duì)200 W水銀弧光燈光源進(jìn)行過(guò)濾，得到一定強(qiáng)度的藍(lán)光輻照光源，并通過(guò)2路光纖導(dǎo)入DSC爐內(nèi)作為引發(fā)光源(19 mW/cm2)。為避免氧阻聚現(xiàn)象的發(fā)生，在輻照前5 min通入流速為50 mL/min的超純氮?dú)庖愿艚^空氣。根據(jù)下式可計(jì)算光聚合速率Rp和雙鍵轉(zhuǎn)化率C[22]。

式中：ΔHt為t時(shí)刻內(nèi)的聚合反應(yīng)熱焓，kJ/mol；ΔHm為完全反應(yīng)的理論熱焓，對(duì)于丙烯酸類(lèi)單體雙鍵，ΔHm=86 kJ/mol。

1.4.2 藍(lán)光引發(fā)劑及光交聯(lián)絲素蛋白光譜吸收特性

采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試4種不同的光引發(fā)劑及光交聯(lián)絲素蛋白的光譜吸收特性。

分別將4種光引發(fā)劑溶解于無(wú)水乙醇中，配制成1×10-5mol/L核黃素磷酸鈉、姜黃素及曙紅Y的乙醇溶液與1.5×10-2mol/L樟腦醌的乙醇溶液。測(cè)試上述光引發(fā)劑溶液在200～600 nm內(nèi)的光譜吸收特性。

分別配制絲素蛋白溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%)、絲素蛋白(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%)-曙紅Y溶液(濃度為 2 mmol/L) 2種樣品，測(cè)試上述體系在200～800 nm內(nèi)的光譜吸收特性。將上述絲素蛋白-曙紅Y溶液置于467 nm藍(lán)光LED的照射下分別反應(yīng)20、40 min 后，測(cè)試其光譜吸收特性。

1.4.3 水凝膠聚合前驅(qū)液的藍(lán)光流變行為測(cè)試

采用旋轉(zhuǎn)流變儀與光量熱單元(PCA)組成光流變系統(tǒng)，在振蕩模式下對(duì)絲素蛋白前驅(qū)液藍(lán)光聚合過(guò)程中的動(dòng)態(tài)模量進(jìn)行測(cè)試。選用CP50錐平板在 0.1 mm 間距、10%振幅及10 Hz頻率的條件下，對(duì)水凝膠聚合前驅(qū)液進(jìn)行掃描，在30 s避光掃描后啟動(dòng)藍(lán)光輻照(19.0 mW/cm2)。由于絲素蛋白發(fā)生凝膠化反應(yīng)時(shí)，隨著光照的進(jìn)行，其儲(chǔ)能模量G′經(jīng)歷了一個(gè)較大幅度的上升過(guò)程，而損耗模量G″變化不大，損耗因子tanδ呈下降趨勢(shì)，故定義凝膠點(diǎn)及凝膠時(shí)間tgel為儲(chǔ)能模量G′與損耗模量G″交叉點(diǎn)及其出現(xiàn)的時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 光引發(fā)劑的光譜吸收特性

CQ、FMN、CC、EY這4種化合物在生物、醫(yī)學(xué)、化工、食品等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用。從分子結(jié)構(gòu)上看，4種化合物分子中存在共軛雙鍵，具有剛性的平面構(gòu)造和發(fā)生氧化還原反應(yīng)的位點(diǎn)，所以具有很好的光化學(xué)活性，共軛雙鍵的n-π*躍遷使之對(duì)藍(lán)光具有選擇性的吸收。4種光引發(fā)劑在200～600 nm區(qū)域內(nèi)的光譜吸收特性如圖1所示?？芍?，CQ、FMN、CC以及EY的乙醇溶液在可見(jiàn)光區(qū)域均存在吸收，其最大可見(jiàn)光吸收波長(zhǎng)分別為465、446、426及515 nm。本文實(shí)驗(yàn)采用的藍(lán)光光源為最大發(fā)射光波長(zhǎng)為467 nm的藍(lán)光LED，幾種光引發(fā)劑在藍(lán)光區(qū)域(400～450 nm)均有吸收，且均與藍(lán)光LED的發(fā)射光波區(qū)域有重疊。

圖1 4種藍(lán)光引發(fā)劑的光譜特性Fig.1 Spectral characteristics of four blue light. (a) UV-Vis absorption spectra of FMN, CC and EY in ethanol; (b) UV-Vis absorption spectra of CQ in ethanol

與此同時(shí)，4種化合物還具有光敏特性，是重要的光敏化試劑，在光照條件下可發(fā)生光致化學(xué)反應(yīng)。為驗(yàn)證該光敏特性，對(duì)4種溶液進(jìn)行藍(lán)光輻照實(shí)驗(yàn)，并測(cè)試輻照后的紫外-可見(jiàn)吸收光譜，結(jié)果如圖2 所示?？芍聊X醌乙醇溶液在455 nm處的光譜吸收峰隨藍(lán)光輻照后發(fā)生明顯下降，而在288 nm處產(chǎn)生新峰并不斷升高。這是因?yàn)楣庖l(fā)劑的共軛結(jié)構(gòu)會(huì)在光解反應(yīng)過(guò)程中遭到破壞，使其在可見(jiàn)光區(qū)的吸收不斷降低，同時(shí)在紫外區(qū)產(chǎn)生的新光解產(chǎn)物的吸收峰，在宏觀上表現(xiàn)出“光漂”現(xiàn)象[23]。4種化合物均出現(xiàn)了光漂現(xiàn)象，其中曙紅Y最為明顯。

圖2 藍(lán)光引發(fā)劑的光敏特性Fig.2 Photosensitivity of blue light. (a) UV-Vis absorption spectra of camphorquinone under different blue light irradiation time; (b) Blue light bleaching properties of four photoinitiators

圖3 不同光引發(fā)體系引發(fā)AM聚合的藍(lán)光聚合效率Fig.3 Blue photopolymerization efficiency of AM initiated by different photoinitiation systems. (a) Heat flow of AM photopolymerized by different photoinitiators; (b) Double bond conversion of AM photopolymerized by different photoinitiators; (c) Heat flow of AM photopolymerized by photoinitiator/DPI system; (d) Double bond conversion of AM photopolymerized by photoinitiator/DPI system

2.2 光引發(fā)劑的藍(lán)光聚合性能

根據(jù)4種化合物的光化學(xué)特性，研究者將其作為紫外光或可見(jiàn)光引發(fā)劑用于光固化樹(shù)脂涂層、感光膠、臨床應(yīng)用等方面，并取得了一定研究成果[24-26]。除樟腦醌外，其他光引發(fā)劑作為藍(lán)光引發(fā)劑的研究還較少。為進(jìn)一步研究上述光引發(fā)劑的藍(lán)光引發(fā)效率，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的丙烯酰胺(AM)為水溶性活性單體，以光聚合速率、雙鍵轉(zhuǎn)化率為考察指標(biāo)，測(cè)試不同光引發(fā)劑的藍(lán)光引發(fā)效率，結(jié)果如圖3所示。

由圖3(a)、(b)可知，4種光引發(fā)劑均可引發(fā)AM光聚合反應(yīng)，但藍(lán)光引發(fā)速率(< 0.5 W/g)、雙鍵轉(zhuǎn)化率(< 20%)均普遍較低，即4種光引發(fā)劑在水溶液中單獨(dú)引發(fā)活性單體光聚合反應(yīng)的效率極低，難以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求，需要開(kāi)發(fā)提高藍(lán)光聚合效率的新方法。

有研究報(bào)道將芳基碘(/硫)鎓鹽作為光敏增效劑引入樟腦醌/胺體系組成三組分藍(lán)光引發(fā)體系，可顯著提升藍(lán)光聚合效率。在本文研究中，選用二苯基碘鎓六氟磷酸鹽(DPI)作為光敏增效劑與光引發(fā)劑組成二組分藍(lán)光引發(fā)體系改善其光引發(fā)效率。由圖3(c)可知，引入DPI后，EY、CQ這2種光引發(fā)劑的聚合速率得到明顯提高，尤其EY藍(lán)光引發(fā)速率提高了40倍以上，而FMN和CC體系的引發(fā)效率無(wú)明顯變化。上述現(xiàn)象表明：光敏增效劑DPI的加入可有效提高部分光引發(fā)劑的藍(lán)光引發(fā)效率。由圖3(d)雙鍵轉(zhuǎn)化率可知，當(dāng)存在DPI時(shí)，EY、CQ的最終轉(zhuǎn)化率高于FMN、CC體系，且可在短時(shí)間達(dá)到最終轉(zhuǎn)化率，其中EY達(dá)到最終轉(zhuǎn)化率的時(shí)間為 65 s 左右，此時(shí)的轉(zhuǎn)化率約為16%。

CQ/DPI光引發(fā)體系的光引發(fā)機(jī)制如圖4所示。作為Norrish II型(奪氫型)自由基聚合光引發(fā)劑，CQ吸收光能后，可由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)CQ*，該激發(fā)態(tài)CQ*難以單獨(dú)引發(fā)單體聚合反應(yīng)。DPI可通過(guò)將激發(fā)態(tài)CQ*還原成自由基CQ·的同時(shí)產(chǎn)生活性苯基自由基，從而引發(fā)單體光聚合反應(yīng)，顯著提升自由基光聚合效率。

圖4 CQ/DPI雙組分光引發(fā)體系的引發(fā)機(jī)制Fig.4 Photoinitiation mechanism of CQ/DPI initiation system

2.3 絲素蛋白水凝膠的藍(lán)光交聯(lián)機(jī)制

上述藍(lán)光引發(fā)體系可用于光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠的制備。采用紫外-可見(jiàn)光譜對(duì)曙紅Y引發(fā)絲素蛋白光交聯(lián)反應(yīng)的機(jī)制進(jìn)行研究，其對(duì)應(yīng)的紫外-可見(jiàn)光譜曲線如圖5所示。在SF/EY體系中，由于曙紅Y的存在，在517 nm處出現(xiàn)了特征吸收峰，隨著光照的進(jìn)行，絲素蛋白溶液顏色發(fā)生明顯變化，且517 nm處曙紅Y特征吸收峰消失，表明其發(fā)生了光化學(xué)反應(yīng)。與此同時(shí)，在313 nm處出現(xiàn)了雙酪氨酸結(jié)構(gòu)的特征吸收峰。結(jié)合其他相關(guān)研究推斷，絲素蛋白光交聯(lián)結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)相鄰酪氨酸殘基間的偶合作用生成雙酪氨酸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。

圖5 曙紅Y光交聯(lián)絲素蛋白體系的 紫外-可見(jiàn)光譜曲線Fig.5 UV-Vis spectra of EY photocrosslinked silk fibroin

絲素蛋白水凝膠可能的光交聯(lián)機(jī)制如圖6所示?？芍?，光引發(fā)劑在藍(lán)光的激發(fā)下形成分子激發(fā)態(tài)，與酪氨酸殘基酚羥基鄰位氫原子間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移形成自由基，相鄰酪氨酸殘基自由基經(jīng)偶合生成雙酪氨酸結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)絲素蛋白大分子鏈間的化學(xué)交聯(lián)。

圖6 絲素蛋白光交聯(lián)反應(yīng)及交聯(lián)機(jī)制Fig.6 Photocrosslinking reaction and mechanism for silk fibroin

2.4 藍(lán)光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠的凝膠特性

絲蛋白水凝膠的流變行為和力學(xué)性能是決定其應(yīng)用的重要性能指標(biāo)。在探明上述絲素蛋白光交聯(lián)機(jī)制的基礎(chǔ)上，深入探究光引發(fā)體系對(duì)絲素蛋白水凝膠光流變性能的影響，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同光引發(fā)體系下光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠的彈性模量、凝膠時(shí)間及損耗因子測(cè)試結(jié)果Fig.7 Storage modulus, gel time and loss factor of photocrosslinked fibroin hydrogels under different photoinitiator systems. (a) Storage modulus without DPI; (b) Loss factor without DPI; (c) Storage modulus with DPI; (d) Loss factor with DPI; (e) Gel time

絲素蛋白的凝膠化反應(yīng)表現(xiàn)為由黏性液態(tài)向彈性凝膠態(tài)轉(zhuǎn)變，凝膠點(diǎn)為該過(guò)程的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，可用于描述光交聯(lián)絲素蛋白凝膠化進(jìn)程。由圖7(a)、(b)可知，相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的光引發(fā)劑下光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠的儲(chǔ)能模量(<100 Pa)普遍較低，且相差不大，凝膠點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間均較長(zhǎng)，分別為：tgel(CQ)= 1 312 s，tgel(CC)=1 058 s，tgel(EY)=870 s，tgel(RF)=733 s，tgel(FMN)=333 s。表明光引發(fā)劑單獨(dú)引發(fā)交聯(lián)絲素蛋白的效率較低。

由2.3節(jié)已知，通過(guò)引入光敏增效劑DPI可大幅度提高光引發(fā)劑的藍(lán)光聚合效率，因此，通過(guò)研究光引發(fā)劑/光敏增效劑雙組分光引發(fā)體系引發(fā)絲素蛋白光交聯(lián)反應(yīng)的效率。由圖7(c)～(e)可知，DPI對(duì)光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠的儲(chǔ)能模量影響較大，在500 s光照后，CQ、EY體系均表現(xiàn)出較高的凝膠強(qiáng)度(>100 Pa)，凝膠點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間大幅縮短(tgel(CC)=786 s，tgel(FMN)=429 s，tgel(CQ)=200 s，tgel(EY)=97 s，其中EY/DPI體系的凝膠點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間最短，約為97 s。

圖8示出光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠的制備過(guò)程?？芍涸跓o(wú)DPI存在的情況下，絲素蛋白前驅(qū)液經(jīng)藍(lán)光輻照40 min后表現(xiàn)出凝膠現(xiàn)象， 但凝膠強(qiáng)度較低，難以形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

注：(a)、(b)、(c)樣品中含有的光引發(fā)劑從右向左依次為無(wú)引發(fā)劑、樟腦醌、核黃素磷酸鈉、姜黃素、曙紅Y。圖8 光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠的制備過(guò)程Fig.8 Preparation process of photocrosslinked silk fibroin hydrogel. (a) Silk fibroin precursor before illumination; (b) Without DPI by illuminating blue light for 40 min; (c) With DPI by illuminating blue light for 10 min; (d) Silk fibroin hydrogel photoinitiated by photoinitiators for 10 min

由圖8(c)可知，當(dāng)DPI存在時(shí)，絲素蛋白前驅(qū)液只需光照10 min即可得到較穩(wěn)定的絲素蛋白水凝膠結(jié)構(gòu),其中以EY/DPI、CQ/DPI為藍(lán)光引發(fā)體系可制得具有較高力學(xué)強(qiáng)度的完整水凝膠樣品，表明該藍(lán)光引發(fā)體系的光交聯(lián)性能更高。

在上述體系中，基于DPI對(duì)絲素蛋白的光交聯(lián)反應(yīng)具有明顯的增效作用，提出了二組分光引發(fā)體系引發(fā)絲素蛋白光交聯(lián)反應(yīng)可能的機(jī)制。激發(fā)態(tài)光引發(fā)劑(PI*)從絲素蛋白分子上的酪氨酸殘基(TH)中提取H原子并形成酪氨酸自由基(T·)和光引發(fā)劑自由基(PI-·)，2個(gè)相鄰的酪氨酸自由基經(jīng)偶合作用形成雙酪氨酸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)共價(jià)交聯(lián)。與此同時(shí)，光引發(fā)劑自由基(PI-·)還會(huì)與DPI反應(yīng)生成光引發(fā)劑分子和其他活性自由基(苯基自由基)，從而減緩了光引發(fā)劑的消耗，同時(shí)還提高了活性自由基的含量，具體方式如下：

PI*+TH→PI-·+T·+H·

PI-·+DPI→PI+X·

T·+T·→T-T

3 結(jié) 論

本文研究了4種光引發(fā)劑的藍(lán)光引發(fā)機(jī)制、引發(fā)性能及引發(fā)絲素蛋白光交聯(lián)反應(yīng)的可能機(jī)制，在此基礎(chǔ)上提出了一種絲素蛋白水凝膠的安全高效制備方法。

1)與其他光引發(fā)劑相比，樟腦醌和曙紅Y表現(xiàn)出更佳的藍(lán)光聚合性能，與二芳基六氟磷酸碘鎓鹽(DPI)組成雙引發(fā)體系可大幅提升光引發(fā)聚合效率，可作為引發(fā)絲素蛋白光交聯(lián)反應(yīng)的藍(lán)光引發(fā)劑。

2)通過(guò)藍(lán)光激發(fā)光引發(fā)劑引發(fā)絲素蛋白分子鏈上形成酪氨酸自由基，進(jìn)而在相鄰鏈上偶合成雙酪氨酸結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)絲素蛋白分子的共價(jià)交聯(lián)。

3)相比于單一體系光引發(fā)劑，光引發(fā)劑/DPI二組分體系通過(guò)提高光引發(fā)劑與活性自由基的含量，可大幅提高光交聯(lián)反應(yīng)的效率，從而縮短光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠的凝膠時(shí)間(約97 s)，同時(shí)提高絲素蛋白凝膠強(qiáng)度。