综述：探索丝胶蛋白的化学反应性与功能化以用于先进应用

　　本综述系统阐述了丝胶蛋白（sericin）的化学改性策略，聚焦其共价功能化（如酯化、点击化学）、接枝（grafting）与交联（crosslinking）技术，旨在克服其高水溶性与弱机械性能等固有局限，拓展其在生物医学（如药物递送DDS、组织工程支架）、纺织与食品包装等领域的应用潜力，为开发可持续生物材料提供关键见解。

　　

丝胶蛋白：从工业废料到资源

丝胶作为蚕丝加工的副产物，约占茧重的20–30%，全球每年产生约5万吨，常被废弃于废水之中。其氨基酸组成丰富，含大量丝氨酸（约46%）等极性残基，赋予其高亲水性、生物相容性、可生物降解性、抗氧化活性及UV抗性。然而，其高水溶性、弱机械性能和较差的成膜能力限制了直接应用。提取方法（如热水、碱或酶法）直接影响其分子量（20–400 kDa）和结构，进而影响其生物活性与应用性能。

丝胶功能化的化学策略

功能化概述

化学修饰（chemical modification）与化学功能化（chemical functionalization）有所区别：前者泛指任何化学结构的改变，后者特指为引入或增强特定功能而进行的修饰，如引入反应性官能团。功能化是提升丝胶性能的关键手段。

残基特异性功能化策略

丝胶的活性基团主要包括羧基（天门冬氨酸、谷氨酸）、羟基（丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸）、氨基（赖氨酸）和硫基（半胱氨酸）。

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  羧基：可通过酯化（如Fischer酯化）、碳二亚胺（如EDC/NHS）偶联活化，与醇或胺反应形成酯或酰胺。
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  羟基：可进行羧甲基化（与氯乙酸反应）、硅烷化、磺化，或与异氰酸酯（如IEM）反应引入甲基丙烯酰基，用于光聚合。
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  氨基：可与醛形成希夫碱（Schiff base），或与异氰酸酯、酸酐反应。酪氨酸还可通过酶（酪氨酸酶）氧化成醌，进而发生Michael加成或Diels-Alder反应。
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  点击化学：如CuAAC（铜催化叠氮-炔环加成）或硫醇-烯反应，提供了高效、高选择性的修饰途径。

丝胶功能化实例

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  甲基化：在酸性甲醇中酯化羧基，所得甲基化丝胶（MeSS） beads在酸性条件下溶胀增强，可用于胃部药物递送。
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  甲基丙烯酰化：使用异氰酸乙酯甲基丙烯酸酯（IEM）或甲基丙烯酸酐（MA）修饰羟基，形成可光交联的水凝胶，用于组织工程，其凝胶动力学与功能化度（DoF）相关。
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  卤化：MsCl或NBS-PPh₃将丝氨酸/苏氨酸羟基转化为卤代丙氨酸，增强反应性，用于后续亲核取代。
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  阳离子化：与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵（EPTAC）反应，引入季铵基，改善丝绸染色性能和抗菌性。
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  长链酰化：与酰氯发生Schotten-Baumann反应，生成脂肽表面活性剂。
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  氰尿酰氯修饰：引入氯原子，增强纺织品染料固着和抗菌性。

共价接枝

通过“grafting onto”、“grafting from”策略将聚合物或功能分子连接到丝胶主链：

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  接枝PEI：经戊二醛交联，制成吸附Cr⁶⁺的 beads，兼具吸附与还原能力。
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  接枝聚乳酸（PLA）：丝胶作大分子引发剂，通过开环聚合（ROP）接枝PLA，改善疏水性，获得可溶於有机溶剂的共聚物。
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  接枝氟化石墨烯（FGO）：与PEI共价连接，构建用于核药物递送（如curcumin）的纳米载体。
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  接枝Sunitinib：通过自由基接枝抗肿瘤药，改善其水溶性与口服生物利用度。
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  接枝Doxorubicin：经酰肼键pH敏感连接，实现肿瘤微环境触发释药。

共价交联

使用双功能试剂连接丝胶分子链，形成网络结构，增强稳定性与机械性能：

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  京尼平（genipin）交联：与PVA共混交联，用于伤口敷料，调控溶胀与药物释放。
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  聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDE）交联：改善天然彩色丝的色牢度，减少洗涤褪色。
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  戊二醛交联：形成不溶膜，力学增强，用于皮肤组织工程。
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  氧化羧甲基纤维素（DCMC）交联：通过希夫碱形成可降解膜，具有pH响应性。
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  酰肼交联：与氧化葡聚糖（DEX-Al）形成水凝胶，用于可注射药物载体，并可利用丝胶自身荧光进行示踪。
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  Michael加成交联：马来酸酐修饰丝胶与硫醇化底物反应，用于心脏瓣膜内皮化。
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  碳二亚胺交联：与胶原、透明质酸形成水凝胶，用于组织工程。
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  二异氰酸酯（HDI）交联：用于丝胶-石墨烯电子墨水，制备可穿戴智能纺织品。
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  酚类化合物交联：如与氢醌或邻苯三酚氧化偶联，增强抗氧化性。
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  银沉积交联：PLGA缝线表面接枝丝胶后光还原银，获得抗菌缝合线。

未解决的挑战

丝胶功能化仍面临反应选择性低、溶解度限制、表征手段不足、工艺标准化缺乏等问题。未来需开发位点特异性修饰、绿色溶剂体系，并结合先进分析技术（如NMR、MS）深化结构-性能关系研究，推动其实际应用。

结论与展望

丝胶功能化显著拓展了其在高值领域的应用，如生物医学、食品包装、纺织与电子器件。通过理性设计改性策略，可精准调控其性能，契合循环经济与生物经济趋势。未来需加强临床转化、解决食品级应用难题，并深化机理研究，以充分释放这一天然蛋白资源的潜力。