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第44卷第6期
化工技术与开发
Vol44 No6
2015年6月
Technology Development of Chemical Industry
Jun,2015
胶原蛋白的改性方法概述
张云凤,杜国婷,王煜
太原工业学院化学与化工系,山西太原030008)
摘要:由于胶原蛋白作为生物材料存在不足,本文述了目前常采用的改性方法及其研究现状。
关键词;胶原蛋白;改性方法
中图分类号:TQ431.3
文献标识码
文章编号:1670-902015)06-0046-05
胶原蛋白(又名胶原),属于蛋白质的一种,是和低温等离子交联法。其中物理交联法和化学交联
种可再生动物生物质资源,世界上资源量非常法是最常见的交联改性方法,生物学交联法改性的
大,主要存在于动物的皮、软骨、骨、韧带和血管中,胶原蛋白主要涉及动物生命现象老化的相关研究,
是细胞外基质的主要成分。胶原是一种白色、不透在研制胶原基生物材料中罕有报道。
明、无支链貝不溶的纤维蛋白质,约占胶原纤维固1.L物理交联法
体物的85%,通常情况下占动物体内蛋白质总量的
25%~30%,对动物机体及其器官起着支持、保护、
物理改性可以提高蛋白膜的性能,并且避免添
加有毒化学物质。通过物理手段对胶原蛋白进行交
结合以及形成界面隔断等重要作用。
胶原具备独特的三股螺旋结构特征,以及良好联改性的方法主要有热处理法、紫外线照射法、重
的生物相容性和可生物降解性,使其在各个行业领度脱水法和射线照射法等。
域都有广阔的应用前景,但单纯的胶原蛋白存在以
1)利用紫外线等射线照射胶原蛋白溶液时会
下缺点和不足:机械性能差,可纺性差,在体内的降产生分子间交联,使其黏度增加而形成凝胶。目
前常用的紫外照射法,是将胶原蛋白材料置于铝
解和吸收过快等。因此需要对其进行改性以提高
箔上,在距离254m紫外灯20cm的高度处照射
胶原基材料的机槭强度、弹性模量以及耐热、耐酸
和耐碱性。胶原蛋白的改性方法有很多,各种方法1-5h。 Weadock等对经由紫外线照射的改性胶
原膜的力学性能和胶原酶解测试表明,交联改性后
都有各自的优点和缺点。在保持胶原蛋白生物活性
胶原蛋白膜的收缩温度(TS)和抗胶原晦解的能力均
的同时,采用何种方法改性胶原蛋白使其得到新的
功能,应考虑下列几点:1)提高胶原蛋白的机械显著高于未改性的胶原膜。
2)热处理法是最常见的物理改性方法之一。
能;2)提高胶原收缩混度(TS)和热变性温度(Taの;3)
加强胶原的耐水性;4改性胶原无细胞毒性。当前,
在热处理过程中,随着温度升高胶原蛋白分子的热
国内外已有很多关于改性胶原蛋白的研究报告,其动加快,有益于分子间氢键、疏水键、二硫键及
网络结构的形成,使胶原蛋白膜的机械性能增强,
改性方法主要有:1)采用物理交联或使用化学交联
剂交联改性;2)通过与其他天然或合成聚合物等共透光率增加及水蒸汽透过率下降。但是,热处理过
程中温度过高、时间过长会使网络结构的稳定性减
混改性;3)使用无机纳米黏土对胶原进行改性
弱。郭兴风等采用热处理法改性胶原蛋白膜后,
交联改性
发现膜的透光率随着温度的升高呈先上升后下降
交联方法是指通过共价健连接胶原蛋白分子『趋势,而透水汽性则呈先降低后升高的趋势。
3)重度脱水法同样是常常使用的物理改性胶
来提高胶原纤维的力学性能和热稳定性的方法。该
原蛋的手段之一,这种方法是通过重度脱水造成
法可分为物理交联法、化学交联方法、生物交联法
作者简介:张云风(1987,女,硕士
收稿日期:2015-03-31
第6期
张云风等:胶原蛋白的改性方法概述
胶原分子之间的交联,从而提高胶原蛋白的变性温胶原带有丰富的负电荷,继而使其血小板粘附能、血
度及其力学性能。近年来,有研究人员利用这种改纤维蛋白形成能都比未经修饰的胶原蛋白弱而具有
性方法对胶原材料进行改性,结果表明,改性后的胶抗血栓性;相反,若将胶原羧基甲基化使其带有丰富
原膜生物相容性提高,水溶性降低,此外膜与成骨细的正电荷,改性胶原在生理条件下血小板粘附能、活
胞之间的生物相容性受到了影响。
化能都比未经修饰的胶原蛋白高,生成大量血纤维
物理交联法改性胶原蛋白的优势是避免了外源蛋白,显示了更强的血栓性?。与化学试剂交联改
性的毒性物质进入到胶原内,缺点是获得的胶原产性方法相比,使用側链修饰改性胶原蛋白的研究在
品交联度低,均匀性较差。
生物材料领域还比较少见,在此后的研究中,除适当
1.2化学交联法
采用化学试剂交联法对胶原蛋白进行改性外,还应
化学改性是添加化学改性剂使胶原分子中的多虑利用侧缝的化学修饰来对胶原蛋白进行改性
基、羧基等与改性剂的某些基团反应,与物理交联法如将性质不同的支链接枝到胶原分子上以赋予其新
的功能与特性,研制新的改性材料并开发新的改性
相比,具有较高的交联度。化学交联法可以获得均
一的交联产品,而且对于调节控制胶原的各种属方法
较为有效。这种方法现已广泛应用于胶原蛋白的改
3)生理活性物质的固定化是以胶原为支撑体,
性以提高其交联度、力学性能和生物相容性。当前,
将各种生物活性物质固定化后使用。例如,在胶原
化学交联改性方法又可详细分为如下几种:使用化蛋白中引人表皮生长因子和成骨因子及其它生物活
学试剂交联、侧能修饰、生理活性物质的固定化和性蛋白,能够促进皮肤组织和件组织的再生
法改性。
4)酶法改性胶原蛋白。谷氨酰胺转移酶( Tgase)
1)化学交联法中常用的改性剂有戊二醛四、甲能够诱导胶原蛋白之间产生新的交联,从而改善胶
醛、碳二亚胺、聚环氧化合物以及酰基叠氮化物?原蛋白材料的性能。姜燕等人使用谷氨酰胺转
等。其中成二醛是目前使用最广泛的试剂,大量的移酶处理水解胶原蛋白膜,发现谷氨酰胺转移酶可
实验表明戌二醛能提供有效的交联。陈洁等人采用以催化蛋白质产生交联,使膜的抗拉强度、断裂伸长
戊二醛改性水解胶原膜,发现随着改性剂用量的增率和表面疏水性提高,水分含量、总可溶性物质量及
加,膜的抗拉强度、穿刺强度和抗水、抗油能力均有透光率明显下降。
明显提高。但是也有实验表明戊二醛具有一定的细
化学交联法虽然可以获得均匀且较高的交联
胞毒性和钙化作用,因此人们希望找到一种既可以度,但也有引人外源毒性试剂、难以清除残留试剂
用于胶原材料的交联,形成一种稳定的、具有良好生等不足,近年来,已经研究了低温等离子体技术,辐
物相容性的改性产品,又能满足低毒,无害等要求的射诱发技术等改性胶原材料的新方法。有报道W
交联剂。为实现这一目标,研究人员不断开发新的指出,使用低温等离子体技术改性胶原或胶原复合
交联剂。近年来,一些具有生物相容性的交联剂,如材料可以在材料表面引人不同的基团,改变材料表
聚环氧化物門京尼平?、原花青素、二醛葡聚糖面的化学组成和结构,从而改变材料的性能。
等被用于胶原蛋白膜的改性,这此物质不引人明2共混改性
显毒性的同时能够取得理想的交联效果。此外,金
属离子如C#、A、n2、Cu2、Fe和Zr2等有空
共混改性同样是提高胶原蛋白性能的常用方法
的d电子轨道,具备一定的配位能力,可以与蛋白产之一,采用共混方法来制备胶原基复合材料可以使
生络合交联作用,