蠶絲蛋白質薄膜之靜電紡絲製程及其牙齒美白貼片應用研究

本研究之目的在以靜電紡絲(Electrospinning)技術將絲蛋白(Silk Fibroin, SF)製成酵素固定用之再生絲蛋白纖維薄膜，並評估應用於家用型牙齒美白貼片基材之可行性。取蠶繭經脫膠(Degum)處理所得絲蛋白，以(CaCl2:C2H5OH:H2O)溶劑系統溶解配成絲蛋白溶液，利用迴轉式流變儀觀察其剪切黏度變化後，以滴定法配合剪切應力建構絲蛋白三成分比例圖，發展出異於傳統透析(Dialysis)方式之剪切應力誘導相分離製程獲得新再生絲蛋白(New Regenerated SF)，並分別使用毛細管黏度計、掃描式電子顯微鏡及X光繞射儀，分析再生絲蛋白產物之固有黏度、表面形態及結晶結構。將再生絲蛋白溶於甲酸配成不同濃度之紡絲液，以表面張力儀及拉伸流變儀進行表面張力與拉伸黏度之量測，並經靜電紡絲製成不織布薄膜，其後使用甲醇做表面改質，再分別以掃描式電子顯微鏡、接觸角量測儀及反射式傅立葉紅外線光譜儀，進行薄膜之表面形態、纖維直徑、潤濕性、表面能量及二級結構研究，最後將馬鈴薯萃取酵素PEA(Potatoes Extract Antioxidant)以冷凍乾燥法固定於薄膜上，利用牙齒樣品進行體外漂白，並以分光測色儀分析漂白前後之牙齒色差。結果顯示，當絲蛋白溶液中之絲蛋白比例低於1 wt%，於35 ℃下配合6~8k rpm剪切應力誘導，平均可得再生絲蛋白產率為87.7±3.5 %，高於傳統透析法(70.8±4.7 %)，但相對分子量較低，結晶結構亦具差異性。另外，再生絲蛋白紡絲液之拉伸黏度隨溶液濃度上升而逐漸增加，並發現濃度在4~7 wt%時溶液呈現剪切稀化(Shear Thinning)，當濃度提高至8~9 wt%，則溶液之流變特性出現轉折呈現剪切稠化(Shear Thickening)，在此濃度範圍後始可以靜電紡絲紡得具均勻形態之纖維。而本研究以10 wt%再生絲蛋白紡絲液進行靜電紡絲，所得纖維直徑為0.71±0.06 ?慆，收成薄膜經甲醇改質後，表面接觸角由110.1±1.52°降至60.1±0.25°，表徵??-Pleated Crystal與Random Coil二級結構比例之Crystallinity Index(CI=A1628/A1665)則從0.7上升至2.86，最後固定有PEA之薄膜加速老化試驗兩周前後，牙齒漂白色差△E*值從61降至8。本研究發展出可利於再生絲蛋白大量生產之剪切應力誘導相分離法，解決傳統透析所需時間過長及製程不穩定之問題。本研究同時也建立再生絲蛋白紡絲液與溶液拉伸流變特性之關係，值得深入探討。而以新製程生產再生絲蛋白所紡製出之薄膜，展現較傳統透析法再生絲蛋白薄膜優良之抗水溶解性及親水性。最後將PEA固定於靜電紡絲再生絲蛋白薄膜上，結合5.25 wt% H2O2使用，可具有優異之牙齒美白效果，證實其具有應用於牙齒美白貼片之可行性。