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1、#58#高分子通报2010年2月胶原及明胶基天然高分子复合材料研究进展**裴莹,郑学晶,汤克勇(郑州大学材料科学与工程学院,郑州450052)摘要:胶原及其降解物)明胶是自然界中存在的一类丰富的绿色资源,来源广泛,具有可再生、可降解的/绿色0特性。将它们与其它物质复合形成新的复合材料,有着良好的性能和新的特性从而使其具有广阔的应用前景。日益严峻的环境问题,石油资源濒临匮乏,废旧材料的回收等问题使得人们更加寻求新的绿色的环境友好材料。本文根据天然资源各自的结构和性质,从复合方法和机理出发,综述了胶原及明胶与其它天然高分子(壳聚糖、淀粉、丝素蛋白、海藻酸钠
2、)进行共混和复合以制备新的生物复合材料方面的研究进展。关键词:胶原;明胶;天然高分子;复合材料胶原是由动物细胞合成的一种生物高分子,是生物体内一种具有生物功能的纤维蛋白。它广泛存在于从低级脊椎动物的体表面到哺乳动物机体的一切组织中,是哺乳动物体内含量最多的一类蛋白质,占[1]蛋白质总量的25%~30%。胶原分子具有独特的三股螺旋结构,分子链由氨基酸组成,常为甘-脯-X(X为羟脯氨酸或丙氨酸),或甘-X-Y(其中X、Y为除甘氨酸外的其它氨基酸)。每条肽链形成一股左旋的螺旋,3条左旋肽链相互缠绕形成右手大螺旋,这样的结构称为三股螺旋结构。胶原是细胞外基质成
3、分,具有良好的生物学特性,可作为组织的支持物,对细胞、组织乃至器官正常发挥功能及外伤修复有重大影响。近年来,人们对胶原的研究及应用作了广泛的探讨,发现其作为一种生物体内的硬蛋白质胶原,能赋[2]予其连接组织一些长久的特性,如机械强度、促进血液凝结等。由于其性质特殊、资源丰富,近20年来,人们从机体组织中分离、提取胶原,用于制备具有生物活性的胶原及无生物活性的胶原蛋白,并开发其在生物医学、化妆品、食品及食品包装、造纸等方面的应用,使其成为重要的生物医学材料和工业材料。明胶是胶原在酸、碱、酶等的作用下发生化学变化或在光、紫外线、热等物理条件作用下的变性产物
4、,与胶原一样由氨基酸组成,但是已经失去了其生物活性,三股螺旋结构已经部分瓦解。明胶具有很多优异的物理化学性能,如胶体保护性、成膜性、表面活性、凝胶与溶胶态可逆转变、两性聚电解质特性以及侧[3]基的高化学反应活性,使其成为最早并且最重要的商品化蛋白质。另外,明胶来源丰富,具有良好的生物降解性和生物相容性。但是,明胶也存在力学性能较差、质脆、耐水性差、在潮湿环境中易受细菌侵蚀等缺点。除交联等化学改性方法外,胶原及明胶与其它材料进行共混也是改性的一个重要手段,特别是与一些天然生物高分子的共混与复合,这样既可以保留天然高分子材料的生物降解特性,又能在提高胶原及
5、明胶力学性能的同时赋予其新的生物特性。近年来,这方面研究受到国内外研究者的格外关注。本文综述了近年来胶原及明胶与其它天然高分子材料(壳聚糖、淀粉、海藻酸钠、蚕丝蛋白)共混制备生物复合材料的研究进展。1与壳聚糖共混甲壳素是继纤维素后的第二大丰富的天然有机化合物,多存在于节肢动物(如虾、蟹)的外壳、海藻和基金项目:河南省科技厅基础与前沿技术研究计划项目092300410130;作者简介:裴莹(1983-),女,硕士研究生,主要从事天然高分子材料的研究;*通讯联系人:E-mail:x.zheng@zzu.edu.cn;kytang@zzu.edu.cn.第2
6、期高分子通报#59#一些真菌细胞的外壁中。壳聚糖是由N-乙酰基-D-葡萄糖胺和D-葡萄糖胺单元通过B-D(1,4)糖苷键连接组成的碱性线性多糖,可通过甲壳素脱乙酰基得到。壳聚糖具有许多良好的性能,如吸附性、成膜性、[4]通透性、成纤性、吸湿性和保湿性。另外,壳聚糖一些特殊的性质使其具有广泛的应用领域:(1)能被酶和化学试剂修饰;(2)可降解且与细胞和器官有着良好的相容性;(3)易被加工成片状、粉状、微球、纤维和[5]胶体。壳聚糖的结构使其极易在复合材料或超分子结构中结合,制备出相互贯穿的网状物、聚电解质[6]复合物、接枝共聚物、混合物或其它结构物质。阳
7、离子形式的壳聚糖能和大部分表现出具有两性特征的蛋白质进行离子型相互作用,形成聚电解质复合(PEC),如凝胶等。壳聚糖/胶原水解物复合材料方面的研究,是将两者进行共混以期望兼具其力学性能和生物降解性,[7]以便应用于生物医学领域。研究表明,明胶体系有利于壳聚糖链的规整排列,壳聚糖的加入有利于改善明胶的力学性能和抗水性。当明胶的质量分数为20%时,可得到最大抗张强度为61MPa的膜。余祖[8]禹等采用干/湿态分离法制备了壳聚糖/明胶不对称膜,他们将按比例混合的壳聚糖/明胶溶液共混制成共混膜,经真空脱泡后将膜先放入烘箱下预烘一定时间,然后把膜浸入NaOH(2
8、10%)-Na2CO3(015%)溶液中凝固20h,再将膜冲洗、干燥。制得的这种不对称膜具有致
