春蚕更有新气象,蚕丝蛋白显光彩
发表时间 2018-03-22 11:57 来源 本站原创

  ——记苏州大学纺织科学与工程学科教授卢神州

  “春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干。”这句流传千古的诗句生动描述了春蚕与蜡烛甘于奉献的精神,春蚕一直到死都在吐丝,蜡烛烧成灰才停止眼泪。人们生动地把教师比作“春蚕”,是对老师的无私奉献精神和高尚品质给予的高度评价。人们歌颂蜡烛,是因为蜡烛默默地燃烧着自己,用自己的光去照亮别人,直至将自己燃尽。其寓意是说起蜡烛这种品质,人们就联想到敬爱的老师,老师把自己的知识传授给学生,用智慧和品格之光给学生照亮前进的航程。

  古代“丝绸之路”将中国先进技术生产的蚕丝带往世界各地,形成科技与文化的交流通道。随着科技发展,蚕丝有了更深更重要的用处,除了做面料以外,还应用于生物医用领域,令古老的材料焕发出新春。蚕丝是天然蛋白纤维,由丝胶蛋白与丝素蛋白构成。其中丝素蛋白含量约占蚕丝的70%左右,是容易提纯的结构蛋白。虽然是异种蛋白,但是其免疫原性极低,不会受到免疫系统的攻击,是能够应用于人体的蛋白材料。在研究蚕丝蛋白的路上,许多科学家像春蚕一样献出了自己的辛劳,付出了一生心血。苏州大学纺织科学与工程学科的卢神州教授就是其中杰出的一位。作为科学家的他,将青春献给了科学事业,无怨无悔。作为老师的他,指导学生硕士毕业且获得诸多奖项,他就像蜡烛一样,照亮了学生们的前进的路程。

  苏州美景天下知,苏州才子名神州

  常人皆道:“上有天堂,下有苏杭”,这个典故出自宋•范成大《吴郡志》:“谚曰:‘天上天堂,地下苏杭。’”意思是指天上天堂是最美的,人间的苏杭是最美的,形容苏州、杭州的美丽、繁荣与富庶。

  苏州美景天下皆知,从古至今留下了无数诗词佳句。比如,“曲终过尽松陵路,回首烟波十四桥。”“半醒半醉日复日,花落花开年复年。”“君看一叶舟,出没风波里。”•••••如此世间美景,当有才子吟咏,方不负这苏州的大好河山。苏州这个自古以来的人杰地灵之地,更是出了不少人才。而在当今的苏州,这些人才自然分布在了苏州的各个大学里。在苏州的众多大学里,苏州大学首屈一指,苏州大学(Soochow University),简称“苏大”,坐落于苏州,国家“211工程”重点建设高校,国家国防科技工业局和江苏省人民政府共建高校,国家“双一流”世界一流学科建设高校,全国博士研究生教育综合改革试点高校,江苏省属重点综合性大学,首批入选“2011计划”、“卓越工程师教育培养计划”、“卓越医生教育培养计划”、“国家大学生创新性实验计划”。并且苏州大学历史悠久,历经百年时光。从1900年创办的学校前身东吴大学开始,苏州大学就为国家输送了不少人才。与古时不同,苏州才子不再执着于美景诗词。不说别的,苏州大学的纺织科学与工程学科是江苏省的重点学科,该学科就走出了许多科学家。

  苏州大学纺织科学与工程学科拥有一级学科博士点、博士后流动站和全国纺织高校唯一的国家工程实验室,纺织科学与工程学科获江苏高校优势学科建设工程一期、二期项目。在2017年全国高校一级学科排名中,苏州大学纺织科学与工程学科排名第三。已形成以纺织丝绸为特色的优势学科群,与众多企业和研究单位建立了战略联盟或合作关系,与日本信州大学、英国曼彻斯特大学、法国鲁贝国立高等纺织学院等国外院校保持着稳定的合作关系,在国内外均有较大影响。目前,中国的纺织工业正在从纺织大国向纺织强国发展,新的纺织发展形势和本学科已具备的优良教学和科研条件,决定了本学科将具有很好的发展潜力和前景。而在苏州大学担任教授的卢神州是该学科的杰出代表。

  卢神州,1974年6月生,博士,教授,博士生导师,1996获南京大学高分子材料专业理学学士学位;2003获苏州大学应用化学工学硕士学位;2006年获苏州大学纺织工程工学博士学位。2007-2008 美国麻省Tufts大学生物工程系访问学者。卢神州多年来奋斗在天然高分子材料研究第一线,迄今为止主持国家级、省部级项目8项,发表论文100余篇,其中SCI、EI收录70余篇,1区TOP期刊论文4篇,申请发明专利56项,已获得国家发明专利授权28项,获省部级奖2项,市厅级奖3项,江苏省优秀硕士论文指导教师。目前从事蚕丝蛋白生物材料方面的研究,在微针透皮释药,组织修复方面等方面具有较深入的研究。主要研究方向为蚕丝纤维材料,高分子生物材料。主讲课程为纺织化学,纺织应用化学,纺织有机化学,纳米材料导论,生物化学。指导研究生27人,其中已毕业18人。

  卢神州主持的科研项目有可注射丝素蛋白弹性水凝胶及其用于角膜修复的研究,丝素蛋白智能微针经皮给药系统,低免疫原性丝素蛋白工程化制备技术及其产品开发,丝素蛋白微针透皮给药系统的研究,丝素蛋白弹性水凝胶快速凝胶化机制及其生物学性能的研究,丝素蛋白溶液自组装及可注射水凝胶的研究,可注射丝素蛋白水凝胶用于骨缺损修复的研究,绿色方法构建丝素蛋白纳米微球及其控释体系的研究,多酚氧化酶改性蚕丝体系的构建及其构效关系研究,丝素蛋白微球的制备及其可控释放研究。

  卢神州的努力没有白费,他获得了社会各界的赞誉,这是对卢神州的研究成果的肯定。丝蛋白人工皮肤获中国纺织工业协会科学进步三等奖,获苏州市自然科学优秀学术论文一等奖,获中国纺织工业联合会科学技术进步奖二等奖,蚕丝蛋白—羟基磷灰石复合材料获第十届江苏纺织技术创新奖。生物医用柞蚕丝素蛋白材料的关键技术研发获2014年香港桑麻纺织科技奖二等奖等,蚕丝新用途—分子运输车,荣获2016年“众创未来,圆梦吴江”,创新创业大赛二等奖,苏州大学交行教学奖,江苏纺织青年科技奖等。

  不仅如此,作为教授的卢神州,为人师表,桃李满天下。研究蚕丝蛋白的他,也像春蚕一样,奉献到底,吐出知识,吐出希望。又像蜡烛一样,照亮了学生们的前途。所谓严师出高徒,卢神州作为指导教师,还指导学生们获得了许多奖项,在培养下一代科学家上,卢神州奉献了自己的知识与耐心。以下就是卢神州作为指导教师后,学生们获得的奖项:再生丝素可注射原位水凝胶的制备与表征,获得江苏省优秀硕士论文;丝素蛋白水凝胶的研发与产业化获第五届“创业姑苏”青年精英创业大赛获奖,丝素蛋白溶胀微针给药系统获第十四届挑战杯江苏赛区三等奖,给你的微笑护航-基于丝素蛋白光固化水凝胶的口腔修复获得全国纺织类高校大学生创新创业大赛“旭日杯”全国总决赛二等奖,基于丝素蛋白光固化水凝胶的口腔组织修复,获海外创业优胜奖等。

  一生执着,硕果累累

  每个人在孩童时都有过梦想,那是人最初的信念,最单纯的热爱。有多少人在孩提时代说:“我要当一个科学家!”然而又有多少人一直坚持最初的梦想和曾经的热爱,最终走到了理想的彼岸呢?太少太少。大多数的孩童在成长的路途中,选择了忘记最初的梦想,大多数都在平凡的岗位上,庸庸碌碌,偶尔想起那个曾经对未来充满希望的自己,也会生出迷茫。

  而那些坚持最初信念的科学家们是最值得我们尊敬的,他们用一生诠释了一生只做一件事。卢神州就是这样的人,在研究蚕丝蛋白上,卢神州不辞辛苦,不忘初心,为了心底那个梦想于信念,不断前行,不断进取,最终收获了累累硕果,铸就了科学事业的成功。

  1、建立了蚕丝蛋白聚集态结构变化的规律

  卢神州研究了丝素蛋白在各种环境中的结构变化情况。对于丝素蛋白结构的形成与变化有了较深的认识。通过各种小分子与丝素蛋白的共混成膜,研究小分子的极性对于丝素蛋白的影响,发现丝素蛋白的结构受到小分子化合物极性的影响,极性较小的水溶性化合物可以促进丝素蛋白向β-折叠结构转变,形成丝素Ⅱ型结晶结构;极性较大的小分子化合物则阻碍β-折叠结构的形成,使丝素蛋白保持在亚稳定的丝素Ⅰ型结晶结构。这种丝素Ⅰ型结晶结构可以长期稳定存在,并不像以前认为的不稳定,很快就会转变成丝素Ⅱ型结晶结构。

  这种结构变化的规律对于认识丝素蛋白在蚕体内如何转变,以及蚕丝的形成具有重要意义。可以利用这种规律制备出比较纯的丝素Ⅰ型结晶,从而进一步研究蛋白质的结构变化,卢神州为蛋白质的结构变化在传统的α-螺旋结构、β-折叠结构、β-转角结构之外提供一种新的规整结构,便于人们对于蛋白质性质的研究。卢神州通过控制丝素蛋白的结晶结构以及两种结晶结构的比例,可以获得不同结晶结构的丝素蛋白材料,从而可以控制其机械性能,特别是控制材料的降解行为。使其可以应用在不同降解时间要求的生物医用材料。

  在此基础上,卢神州提出了一种新的制备多孔丝素材料的方法-冷冻结晶法,探讨了这种方法中孔隙的形成机理,制备了多孔丝素材料,测定了其结构与性能。结果表明,冷冻结晶法制备的多孔丝素材料,其结构主要为丝素Ⅰ型结晶结构。这种三维多孔材料可用于组织工程,其降解速度比丝素Ⅱ型结晶结构的多孔材料快,可以改善丝素蛋白降解较慢的缺点。

  卢神州进一步研究了功能蛋白在丝素蛋白中的活性保持情况,发现功能蛋白能够在丝素蛋白材料中保持较长时间的活性,有可能用于蛋白多肽类药物辅料,达到长时间保持活性,长时间释放的要求。

  这方面的研究成果发表论文17篇,其中1区TOP期刊一篇。授权发明专利7项,申请发明专利 4项。相关研究成果将能促进蚕丝结构变化理论,推动蚕丝在纺织学科中的应用与进步,还能为蚕丝纤维制品的产品开发做出贡献。其中专利一种难溶于水的透明丝素蛋白膜及其制备方法已经转让给昆山韦睿医疗科技有限公司,并与该公司展开合作开发负压吸引器及其收集装置。

  2、研究蚕丝蛋白溶液结构转变机理,获得了可注射弹性丝素蛋白水凝胶的制备方法。

  卢神州通过研究丝素蛋白在水溶液中的结构变化,探讨丝素蛋白溶液的稳定性,理解蚕吐丝过程中的结构变化,为体外真丝再生提供基础,并获得各种形成丝素蛋白水凝胶的方法。

  卢神州以此研究为基础,提出了一种新的制备丝素水凝胶的方法:超声波振荡法。研究了不同超声时间、超声功率对于凝胶化时间的影响,可以缩短凝胶化时间,体外制备水凝胶。卢神州还研制了一种可注射丝素蛋白水凝胶,注射入人体,温度升高至体温后,可以在20分钟以内体内原位形成水凝胶。通过探讨小分子表面活性剂对于丝素蛋白凝胶化时间的影响,可用于药物缓释的可注射水凝胶,用于癌症的治疗。再此基础上,卢神州研制了一种瞬间形成丝素蛋白凝胶的方法,通过改变丝丝蛋白溶液的亲水疏水环境,使丝蛋白瞬时形成水凝胶,该水凝胶具有很好的弹性,具有一定的抗菌能力,能够用于创面保护材料,制备水性创口贴。

  在该方向上,卢神州研究成果发表论文15篇。授权发明专利3项,申请发明专利7项,有关研究成果促进了蛋白质水溶液结构变化理论以及自组装理论的发展,推动了丝素蛋白在纺织学科中的应用与进步,还为蚕丝纤维制品的产品开发做出贡献。

  3、研究了丝素蛋白纳米自组装的原理

  卢神州分析了丝素蛋白氨基酸组成的一级结构,从嵌段高分子的角度研究了丝素蛋白的自组装机理。丝素蛋白可以看成是具有嵌段结构的高分子,具有亲水疏水链段,可以降低水的表面张力,通过亲水疏水自组装,在溶液中可以组装成纳米微球与纳米线。

  在此基础上,卢神州进一步分析了溶液中丝素蛋白的组装过程,通过离子与小分子的加入,加上超声波与搅拌作用,促使丝素蛋白组装成纳米颗粒,用于药物的释放,可以获得药物控释载体。研究了带不同电荷的药物与丝素蛋白纳米颗粒的结合,发现丝素蛋白与带正电荷的药物具有较强的结合力,将大大降低药物的释放速度。另外研究了不同pH值下药物释放的规律,发现该微球控释体系具有pH敏感性,在低pH值下,药物能够较快的释放,而在中性或者高pH下,药物释放缓慢,这样将能够使癌症治疗药物阿霉素在癌细胞内的低pH值环境下快速释放,从而降低药物在正常细胞中的释放,降低毒性与副作用。

  在该方向上,卢神州研究成果发表论文3篇。授权发明专利5项,有关研究成果能促进药物释放的研究。该丝素蛋白纳米颗粒同样具有抗紫外线的能力,其中专利一种丝素蛋白纳米球的制备方法已经转让给广东圣蜜生物科技有限公司,并与该公司展开合作开发纳米颗粒在化妆品方面的应用,目前正在产业化。

  4、丝素蛋白用于软组织工程构建人工皮肤的研究

  卢神州与同事一起研究了冷冻下冰晶生长多以冷冻干燥过程中多孔结构形成的规律,发现冷冻条件的改变可以形成不同多孔结构的丝素蛋白材料,通过调节水蒸气的处理时间与温度,可以形成稳定贯通的多孔材料,用于软组织工程的研究。细胞能够在多孔丝素蛋白材料中粘附,增值。多孔丝素蛋白材料植入体内后能够维持较长时间后降解,满足了创口对于植入物稳定的需求。动物实验发现,丝素蛋白无免疫原性,降解产物无毒无刺激性,不会引起长期的感染,是良好的组织修复材料。

  在此基础上,研究了丝素蛋白植入体内后,组织修复的过程。发现多孔丝素蛋白材料能够富集成纤维细胞生长因子以及血管生长因子等细胞因子,诱导血液中的骨髓间充质细胞的集聚,刺激毛细血管的生成,从而提供血供,加快创面的愈合。进一步研究了丝素蛋白人工皮肤,用于烧伤创面的治疗。

  在该研究方向上发表论文5篇,获得授权发明专利3项,有关研究成果对于中国组织工程的研究,高端医疗器械的自主化具有重要意义。

  5、丝素蛋白微针透皮释药系统的研究

  药物注射给病人带来极大的痛苦,然而多种药物只能通过注射给药,特别是一些蛋白多肽以及核酸类药物,微针透皮给药则提供了一种新型给药途径。卢神州通过研究微针成型的过程,应用丝素蛋白纳米组装的机理,在常温,水溶液下制备出了适合透皮给药的丝素蛋白微针系统,可以穿透表皮而不破坏真皮,从而达到无痛给药的目的。

  在此基础上,卢神州在微针中加入胰岛素,研究了胰岛素在微针中的透皮释放规律。制备的溶胀型丝素蛋白微针,其载药率大大提高,释药率得到了很好的控制,300针的丝素蛋白载胰岛素微针系统,就可以满足糖尿病人2天的胰岛素用量。在微针中装载玻尿酸与肉毒素,将能用于微针抗皱,满足人们对于抗衰老的需求。进一步装载疫苗或者抗感冒药,将大大缓解儿童病人打针的痛苦。

  该方向的研究成果发表论文2篇,获得授权发明专利两项,授权实用新型发明专利4项,申请发明专利 7项。有关研究成果对于缓解病人痛苦,提供新型的释药途径,研究新型的医疗器械具有重大意义。

  既有“上有天堂,下有苏杭”的美景,又有不辞辛苦,默默奉献的现代科学家。传统与现代,由一根“丝”牵着,在苏州这个古老的城市里获得了完美的结合。感谢这些科学家,是他们通过探索未知,研究新的发现。相信会有更多像卢神州一样的科学家,改善人民生活,令这个古老的神州大地之上,焕发勃勃生机!