摘要
本研究开发了一种可控去溶剂化（controlled desolvation）方法，从哥伦比亚蚕业废料中合成丝胶蛋白纳米颗粒（SFNPs），提供了可持续利用丝废料的生物医用策略。来源于entity["people","Bombyx mori","家蚕"]废料的丝胶蛋白经去溶剂化处理，生成粒径小于200 nm的纳米颗粒。研究评估了高压灭菌（autoclave sterilization）及长时储存（180天）对颗粒的影响，采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、动态光散射（DLS）、ζ-电位（ζ-potential）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及热重分析（TGA）。结果显示，SFNPs在整个实验期间保持球形形态、β-折叠（β-sheet）结构、负表面电荷及热稳定性，即使在121 °C灭菌后仍具出色的胶体和结构完整性。细胞相容性测试表明，SFNPs在实验条件下对结肠癌Caco-2细胞活性无明显影响。研究结果证实，蚕业废料可作为可靠的生物医用级丝胶蛋白来源，用于制备耐灭菌的纳米载体，适合药物递送及其他生物医用应用。
论文解读
研究背景方面，丝胶蛋白（Silk Fibroin, SF）是entity["people","Bombyx mori","家蚕"]纤维的主要成分，具有优异的机械强度、柔韧性及自组装能力。传统丝纺行业产生大量短纤维和非可靠茧废料，这些废料通常被低价值丢弃。然而，丝胶蛋白的生物相容性、生物降解性及可调力学性能使其在生物医用及技术应用中具有广阔前景。近年来，丝胶蛋白可制备成水凝胶、薄膜、纳米纤维及纳米颗粒（NPs），其中丝胶蛋白纳米颗粒（SFNPs）因其大比表面积及广泛分子包载能力，在药物控释载体中受到关注。然而，目前制备方法多样且稳定性、灭菌适应性数据有限，阻碍了临床转化。此外，利用蚕业废料制备SFNPs有助于降低成本和实现资源可持续利用。
为解决现有问题，研究人员采用可控去溶剂化方法，从entity["place","Colombian sericulture waste","哥伦比亚蚕业废料"]中提取丝胶蛋白并制备纳米颗粒，避免纤维或凝胶生成。纳米颗粒通过FESEM、DLS、ζ-电位、FTIR及TGA进行系统表征，评估灭菌及长期储存对形态、胶体性能、二级结构及热稳定性的影响。同时在Caco-2细胞中开展细胞相容性测试，为生物医用及药物递送应用提供实验基础。论文发表在《Next Materials》。
研究方法方面，研究人员制备了5% w/v丝胶蛋白溶液，经滴加入丙酮（Acetone）诱导去溶剂化形成纳米颗粒，并通过超声及离心洗涤获得均一分散体系。为评估灭菌效应，对部分批次进行121 °C高压灭菌处理。颗粒表征包括FESEM观察形态、DLS测定水动力直径及PDI、ζ-电位、UV–Vis光谱检测胶体稳定性、ATR-FTIR分析二级结构及TGA评估热稳定性。此外，Caco-2细胞MTT法用于细胞相容性检测。
研究结果显示：
**3.1 视觉及形态稳定性**：FESEM显示SFNPs为球形且分散良好，粒径40–180 nm，主峰约90 nm。灭菌前后形态均保持一致，颗粒无聚集。
**3.2 胶体性质及长期稳定性**：DLS表明水动力直径初始约150 nm，灭菌后略降至130 nm，但30天内恢复并保持180天稳定；PDI<0.3，ζ-电位-34至-50 mV，确保胶体稳定性及潜在细胞摄取能力。UV–Vis光谱未见明显变化。
**3.3 结构分析（FTIR）**：纳米颗粒由无定形Silk I向β-折叠丰富Silk II转变，180天内β-折叠含量保持约55%，灭菌未破坏二级结构。
**3.4 热稳定性（TGA）**：SFNPs热分解起始温度（T₀）与最大分解温度（Tₘₐₓ）分别为266–280 °C和292–307 °C，灭菌略提升热稳定性，与β-折叠含量增加一致。
**3.5 细胞相容性**：SFNPs在0.1–300 µg/mL浓度下，24–72 h暴露均不影响Caco-2细胞活性，生存率均高于94%，显示良好生物相容性。
讨论部分指出，利用蚕业废料制备SFNPs兼顾可持续性和成本效益，同时维持颗粒性能。通过去溶剂化与控制滴加，生成亚200 nm、低分散度纳米颗粒。灭菌耐受性源于纳米颗粒形成过程中的自组装与Silk I向β-折叠丰富Silk II的构象转变，使颗粒在高温高压下仍保持形态和结构完整。研究进一步表明，水中胶体稳定性良好，但在高离子强度介质（如PBS）下会聚集，提示未来药物递送应用需优化配方及给药条件。此外，进一步生物验证（血液相容性、细胞摄取、炎症反应及药物释放性能）仍需开展，以推动临床转化。
研究结论表明，可控去溶剂化策略可将丝业废料转化为球形、低分散、负ζ-电位且耐灭菌的SFNPs，180天内保持胶体与结构稳定性，且对肠道细胞无明显毒性。该方法实现废料增值，提供可持续、高性能的纳米载体基础，适用于药物递送及再生医学应用，为蛋白质纳米材料的功能设计和循环利用提供重要参考。
