明胶的研究进展

明胶的性能与研究进展
班级：材研1407 姓名：吴佳伟学号：2014200490 导师：吕亚非
摘要：明胶是一种肽分子聚合物质，是由胶原部分水解而得到的一类蛋白质，与胶原具有同源性。

其理化性质、生物学性能的研究都表明其在很多领域具有广泛的应用前景，例如医学、化妆品行业等等。

本文重点阐述了关于明胶的性能和其不同的来源，以及主要的研究方向。

关键词：明胶性能不同来源研究方向
前言
明胶是一种肽分子聚合物质，是由胶原部分水解而得到的一类蛋白质，与胶原具有同源性【1】，但两者由于制备工艺的差异，造成它们在结构和性能上存在较大差异。

胶原具有棒状三股螺旋结构，其相对分子质量大约为30万，分布窄，而明胶的相对分子质量从几千到十万，分布很宽【2】。

胶原在其水解制备明胶的过程中，三螺旋结构发生分离和断裂，形成由不同氨基酸组成的非均匀多肽混合物。

明胶既具有酸性又具有碱性，是一种两性物质，其胶团带电，在电场作用下，它将向两极中的某一级移动。

明胶分子中有大量的羟基，另外还有许多羧基和氨基，这使得明胶具有极强的亲水性和反应活性【1】。

明胶所表现出来的一些良好的理化性能，以及在成本上的优势，使其在医药工业、临床医学和临床治疗等领域有着广泛的应用。

1 明胶的理化性能
1.1凝胶化
当组成胶团的各种蛋白质链借助于侧链互相缔结时，将形成一个不溶性的固体点阵，这就是凝胶。

明胶溶液可形成具有一定硬度、不能流动的凝胶。

当明胶凝胶受到环境刺激时会随之响应，即当溶液的组成、pH值、离子强度发生变化和温度、光强度、电场等刺激信号发生变化时，或受到特异的化学物质刺激时，凝胶就会发生突变呈现出相转变行为。

这种响应提示了凝胶的智能性的存在【3】。

根据明胶凝胶化所具有的智能性, 可以利用明胶
制作仿生智能材料。

例如郭晓明等【4】采用明胶成膜和溶胶-凝胶成膜相结合的技术，制得了性能良好得生物传感器。

虽然这种材料目前在国内报道很少，但是智能天然高分子材料的研究已经成为仿生材料领域中的重要发展方向之一。

1.2 表面活性
由氨基酸构成的多肽链存在着亲水区和疏水区，因而明胶和一些表面活性剂一样具有适当的表面活性。

研究表明【5】，明胶溶液的表面张力与其浓度、温度、pH值等因素有关。

在明胶溶液浓度为1%或1%以下、温度为10~45℃,在溶液形成少于1小时的界面上进行测定，发现在pH=2~3之间其表面张力最大，而最小表面张力则出现在等电点处。

研究还指出,表面张力在30℃以下随温度而直线下降，在30~40℃之间下降更为急剧，在40℃以上时随着温度的不断增高而进一步下降，其下降速率比纯水的要大。

凡出现老化的地方，表面张力一般会随时间而下降。

1.3胶体与乳化性质
明胶是一种有效的保护胶体,可以阻止晶体或离子的聚集,用以稳定非均相悬浮液,在水包油的分散体药剂中作为乳化剂【6】。

1.4生物性能
1.4.1生物相容性
生物相容性是生物材料能否应用于临床的关键因素之一。

评价一种生物材料的生物学性能, 主要看材料与机体的相互作用,包括材料反应和宿主反应。

明胶是一种天然的高分子材料,其结构与生物体组织结构相似,因此具有良好的生物相容性。

1.4.2生物降解性
生物可降解高分子材料一般用于生物体内, 作为非永久性植入材料,它在发挥作用之后能被活体吸收或参与正常的代谢而被排出体外,同时其降解产物对生物体无毒。

相应于损伤部分的治愈情况,可降解材料必须具有相应的降解速度。

明胶作为一种天然的水溶性的生物可降解高分子材料, 其优点就是降解产物易被吸收而不产生炎症反应。

在应用明胶的可降解性时,经常对其进行化学修饰, 调控其降解速度以适应不同的需要。

2明胶的不同来源
2.3传统皮明胶和骨明胶
传统的明胶原料主要是动物的皮和骨。

其提取方法主要有碱法、酸法、酶法、盐碱法和酸盐法, 在食品、医药、感光和工业等领域有着广泛的用途【7】。

在动物的皮、骨等结缔组织中含有丰富的生胶质，生胶质是由多种蛋白质组成的，其中的胶原蛋白是制胶的主要成分，它不溶于水，也不溶于酸、碱和盐的稀溶液。

但是，在热水中于一定的p H值条件下，胶原发生一定程度的水解，使原来的高聚物变成低分子量、能溶于热水的具有一定粘度的胶液。

这就是制胶的原理【7】。

但传统的方法也有周期长、耗水量大、对环境污染严重等缺点。

自从上世纪下半叶以来，国际上一些先导性的企业、研究所，都投入了大量人力和物力，从事新工艺的探索与研究。

2.2 鱼明胶
鱼胶原及由鱼胶原所制取的鱼明胶，最早是由Kenny ＆Ross 公司于上世纪50、60 年代生产的，它是从鱼皮、鱼骨中提取的【8】。

传统的胶原与明胶，主要来源于哺乳动物如牛、猪的骨与皮。

然而，疯牛病的出现，对利用这些原料的产业，如食品、医药、化妆品等产业界，造成极大的恐慌为此，极想采用另外来源的胶原与明胶产品来替代由这种型牛皮胶原通过变性得到的产物明胶。

同时，也由于宗教的原因，因而人们开始着眼于水产动物的胶原与明胶的研究，例如，从鲑鱼(大马哈鱼)、黄鳍金枪鱼、鳕鱼、鳗鱼、鲽鱼、鳟鱼、鲈鱼、鲇鱼、箬鳎鱼(偏口鱼)、鲨鱼等鱼皮制备型鱼皮胶原，统称为海产胶原或水产胶原，并开始用于医药、化妆品市场【9】。

但由于结构上的差异，鱼胶原的热稳定性低于哺乳动物胶原，其变性温度也较低，作为牛皮胶原的替代品，只能在一定范围内利用其特性，并考虑进行改性和尝试其新的用途。

3明胶的研究方向
3.3 物理改性
纯物理改性是指在不添加任何添加剂的情况下,通过明胶本身结构的改变来改变其某些性能。

众所周知,明胶在其制品中是以胶原状的螺旋构象和卷曲构象的形式存在的,两种
构象比例的不同,对明胶制品性能的影响很大。

例如,明胶溶液或涂布成膜冷凝后放置一定时间,使明胶分子构象转变形成高度螺旋构象,此即为“复性”,属纯物理改性【10】。

这在理论和实践上都具有重要的意义,但其中许多问题却远未获得实际解决而无法应用。

3.4 化学改性
明胶的化学改性是利用明胶分子链上各官能团能与低分子或高分子化合物进行反应的功能。

众所周知,感光乳剂所用的PA胶即是明胶的酞酰化( 明胶与苯酐反应) 改性产物,它可以在乳剂制备中既用作为乳化用胶,又用作为乳剂沉降剂【11】；马来酰化( MA) 明胶是马来酸酐与明胶反应的产物,可以用作为电沉积型光致抗蚀剂【12】；明胶上的羧基与氯化亚砜反应得到酰氯,再与醇类如甲醇反应,则即得酯化明胶【13】。

3.5 混合改性
杨奎等采【14】用自由基接枝共聚改性，在明胶分子中的色氨酸残基上的吲哚环、组氨酸上的咪唑环进行接枝，采用正相乳液聚合的方法，用硅氧烷和丙烯酸酯类同时对明胶改性，制作皮革涂饰剂，考察了改性单体、乳化剂、引发剂的种类和用量及反应温度和时间等因素的影响，通过检测乳液的稳定性、溴值和复合膜的力学性能、卫生性能等来控制改性过程，对改性产物的分子结构进行了表征，找到了采用硅氧烷和丙烯酸酯类对明胶进行改性制作皮革涂饰剂时的优化条件。

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