Enhancing Mechanical Properties of Silk Fibroin Hydrogel through Restricting the Growth of β-Sheet Domains

自愈水凝胶 丝素 材料科学 极限抗拉强度 无规线圈 复合材料 丝绸 模数 聚合物 弹性模量 生物相容性 高分子化学 结晶学 化学 圆二色性 冶金
作者
Dihan Su,Yao Meng,Jie Liu,Yiming Zhong,Xin Chen,Zhengzhong Shao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (20): 17489-17498 被引量:242
标识
DOI:10.1021/acsami.7b04623
摘要

Usually, regenerated silk fibroin (RSF) hydrogels cross-linked by chemical agents such as horseradish peroxide (HRP)/H2O2 perform elastic properties, while display unsatisfactory strength for practical applications especially as load-bearing materials, and inadequate stability when incubated in a simulated in vivo environment. Here, the RSF hydrogel with both excellent strength and elasticity was prepared by inducing the conformation transition from random coil to β-sheet in a restricted RSF network precross-linked by HRP/H2O2. Such "dual-networked" hydrogels, regarding the one with 10 wt % RSF (Mw: 220 kDa) as a representative, show around 100% elongation, as well as the compressive modulus and tensile modulus up to 3.0 and 2.5 MPa respectively, which are much higher than those of physically cross-linked natural polymer hydrogels (commonly within 0.01-0.1 MPa at the similar solid content). It has been shown that the enhanced comprehensive mechanical properties of RSF hydrogels derive from the formation of small-sized and uniformly distributed β-sheet domains in the hydrogel during the conformation transition of RSF whose size is limited by the first network formed by cross-linkers with HRP/H2O2. Importantly, the tough RSF hydrogel changes the normally weak recognition of various RSF hydrogels and holds a great potential to be the material in biomedical field because it seems to be very promising regarding its biocompatibility, biodegradability, etc.
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