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制革废弃物提取的胶原特性及与多糖共混生物膜材料的研究

王碧  
【摘要】: 制革废弃物的大部分是皮边角余料,其胶原蛋白占80%以上,胶原蛋白不仅是丰富的蛋白质、氨基酸营养源,同时是优良的功能性生物高分子材料,因其特有的生物学特性,在医药、食品、功能性保健品、化妆品、农业等多个领域都具有广泛的应用前景,因此,回收利用皮边角余料中胶原蛋白资源具有重要意义。 本论文基于我国制革废弃物的应用研究现状及胶原蛋白的性能优势与缺点,在减轻制革污染的同时,变废为宝,以高值转化为目的,在对从制革皮边角余料中提取的胶原蛋白进行分析表征的基础上,围绕胶原蛋白的应用特性和共混生物膜材料进行了研究。 论文的研究内容和取得结果如下: 1.测定了提取的胶原蛋白和胶原肽的相对分子质量。建立了一种新的测定小分子多肽相对分子质量的方法,该方法用于相对分子质量小于20kD的小分子胶原蛋白和胶原肽相对分子质量测定效果较好。解决了小分子胶原蛋白和胶原肽相对分子质量测定的难题。 2.系统测定不同相对分子质量范围的胶原蛋白及多肽的物化性能表明:由制革皮边角余料提取的胶原蛋白及多肽均具有良好的应用特性,胶原蛋白及多肽溶液的粘度不仅受相对分子质量的影响,而且受浓度、温度、酸度、外加电解质和存放时间等多种因素的影响。 3.针对纯胶原应用于组织工程等领域有力学性能差,亲水性过强,在含水条件下难以塑形,不宜于内部器官的构建;体内及新生组织细胞产生的胶原酶极易使其降解,不能与组织细胞生长繁殖的速度相匹配等缺点。首次制备了胶原蛋白-葡甘聚糖(C-KGM)、胶原蛋白-葡甘聚糖-壳聚糖(CKCS)、胶原蛋 制革废弃物提取的胶原特性及与多糖共混生物膜材料的研究 白一葡甘聚糖一软骨素(CKCs)3种迄今未见报道的胶原蛋白一多糖新型共混生 物膜。利用红外光谱(盯一IR)、X一射线衍射(X.RD)等手段表征了共混膜的 结构与形态,研究了共混物的相互作用及相容性;并分别测定了共混膜的力学 性能、吸水率和热稳定性等物理性能。并采用光电子能谱(抑s)和表面能测 试研究了三元共混膜CKCS和CKCs的表面性质;模拟体内生理条件研究了葡 甘聚糖胶和三元膜CKCS的体外生物降解性,利用体外细胞培养和动态凝血实 验、溶血实验等研究了CKCS和CKCs膜的生物相容性;并通过动物实验考察 了膜材料的部分医用性能。 4.对C一KGM膜的结构表征和生物学性能研究表明:班值蕊7时,胶原蛋 白与葡甘聚糖之间可以任意比例互溶。该条件下共混膜中胶原蛋白与葡甘聚糖 之间有较强的相互作用,良好的相容性。经戊二醛交联的胶原蛋白一葡甘聚糖 冻干膜具有止血材料所需的多孔结构。C.KGM膜比胶原膜具有更优良的力学 性能和更好的热稳定性,但吸水性过强。动物实验表明:交联的冻干膜比明胶 海绵具有更好的止血作用,更好的粘附性,一定质量比的胶原蛋白一葡甘聚糖 交联冻干膜可达到纯胶原蛋白海绵相近的止血效果,作为一种良好的止血材 料,可望在临床上得到广泛应用。 5.三元共混膜CKCS和CKCs的结构表征和生物学性能研究 (1)结构表征和物理性能测试。结果表明:两种三元膜cKcs和cKcs中 葡甘聚糖与胶原蛋白和/壳聚糖或软骨素均具有良好的相容性,膜中3种天然 高分子之间存在着静电引力、氢键等强烈的相互作用。CKCS膜和CKCs膜均 具有均匀而光滑的截面形貌,冻干的CKCS膜具有适宜细胞生长和增殖的多孔 结构。N副OH溶液处理使CKCS膜的吸水性等物理性能和生物学性能得到了显 著改善。三元膜CKCS力学性能明显优于二元共混膜胶原蛋白一壳聚糖(C一s) 及C~KGM和3种单一聚合物膜,其吸水率较C.KGM、胶原膜和葡甘聚糖膜 显著降低了,这更有利于生物医学应用:CKCs膜的力学性能和吸水率与二元 膜C一KGM和胶原蛋白一软骨素共混膜(c一Cs),及3种单一聚合物膜比较均有 明显改善,但C KCS膜的湿态力学性能较CKCS膜差,吸水性较CKCS膜略强。 CKCS膜和CKCs膜均同时具有生物医用材料必备的透水汽性、吸附性和渗透 性。DSC和TGA分析均显示:几种膜的热稳定性为CKCSC~KGMC〔S 四川大学博卜学位论文 壳聚糖(CS)KGMCKCs胶原。 (2)表面性质。郑S对胶原含量分别为40%和50%,KGM与CS质量比不 同的CKCS一5膜和CKCS一2膜和含软骨素的胶原含量为65%的CKCs一1膜表面 的定性、定址分析表明:与胶原膜比较,3种共混膜表面的CIS、N!s和015的 结合能及、}铀圣宽均发生了改变,CKCS一5和CKCS一2膜表面的C一NHZ,C一OH 峰在两种膜表面Cls谱中所占比例明显增加,CKCs-1膜表面的C=O和CONHZ 峰在共混膜的C!、谱中所占比例大大增加,为最高比例峰。3种膜表面碳含量 比胶原膜均明显增加了,而氧、氮含量却明显降低了,C KCs一1膜表面还出现 了少量硫元素。表面元素含量的这种变化表明CKCS一5、CKCS一2膜和CKCs一1 膜表面极性均较胶原膜降低了,而疏水性相应增高了,因此CKCS膜和CKCs 膜表面与极性和亲/疏水性相关的吸水性较胶原膜有显著改善,其与极性和亲/ 疏水性相关的细胞粘附性和生物相容性等也将随之改变,使用效果较未改性胶 原膜将有明显差异。CKCS一5和CKCS一2膜表面xPS很相似,碳


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