生物材料：第三章 天然生物材料

1、第三章天然生物材料http:/cxgc/ViewInfo.asp?id=117 引言天然材料:，来自植物、动物和矿物等。 直接使用；只经物理处理； 化学改性（半天然材料）。 天然材料是人类最早使用的医学材料之一， 也是目前最重要生物材料。. 人造材料：由人工合成的，自然界尚未发现的材料。第一节 天然材料的特性第一节 天然材料的特性 人体的基本物质天然材料。天然材料的结构、组成、和性质的差异使其应用范围也所不同，但相同的是容易降解，降解产物毒性小，且可被人体所吸收。 由人工制备的，与天然材料的功能部分相似的 材料是什么材料？天然材料的三大类:(1)天然的金属材料; 举例：金.？(2)天然的有机材

2、料,有木材、竹材、草等来自植物界的与皮革、毛皮、兽角、兽骨等来自动物界的材料。这些都是人类乐于使用并有很高使用价值的一类;(3)天然的无机材料,有大理石、花岗岩、粘土等。 第一节 天然材料的特性一、天然材料的组成 地球有92种稳定的化学元素，天然材料的组成只有几种低原子序数的元素。 人体、海水和地壳中原子丰度的原子百分比 H O C N Ca P Cl K Na Mg S Si Al Fe 人体：63 25.5 9.5 1.4 0.31 0.22 0.08 0.06 海水：66 33 0.0014 0.0062 0.33 0.006 0.28 0.033 0.017 地壳： 47 3.5 2.

3、5 2.5 2.2 28 7.9 4.5 人体中H和O元素的含量与海水相近（人体中60%是水），人体中P和C元素的含量比海水和地壳中大的多，表明P和C元素是生命过程非常重要的元素。生物体内还有大量微量元素，它们主要是通过与酶的作用激化酶的功能。第一节 天然材料的特性弱相互作用：静电作用、色散力、氢键和疏水键 氢键：在蛋白质-螺旋结构中，稳定的螺旋结构必须靠氢 键维持，DNA分子中碱基之间的配对也靠氢键。 疏水键：两个非极性分子（疏水基团）为了避开水相而聚 集在一起的作用力。是生物膜形成的主要因素。强相互作用：离子键、共价键、杂化键分子间作用力二、天然材料的分子间作用力 迄今为止，生命体内没有发

4、现特殊的作用力、特殊的原子和人工无法合成的分子第一节 天然材料的特性三、结构特征 天然材料为适应各种功能需要和环境而形成错综复杂的内部结构和整体多样性，其复杂性是人工材料无法比拟的。 人体错综复杂的结构是由水、核苷酸（4种）、氨基酸（20种）、糖和生物矿物四类组成。 生命体是由上述四类基本化合物的混合材料。第一节 天然材料的特性四、天然材料的生物活性 有生物活性的材料都是细胞与细胞外基质形成的复合材料，例如：骨组织、皮肤。 有生物活性的材料与无生命物质在分子种类上没有本质上的差别，分子组装有差别。 生命体内分子的组装和优化都与细胞在其繁殖、分化、更新、重建中的调节作用密切相关。 第一节 天然材

5、料的特性五、天然材料的生物功能性： 天然材料的最显著特点就是具有自我调节功能以适应周围环境，包括物理、力学、化学、生物性能的调节以及自愈合能力。 天然产物是自然界优胜劣汰的结果，所谓“优”就是最快的适应环境的变化！ 世界上最成功的人，不是最勤奋的人，也不是最聪明的人，更不是靠别人帮助的人，而是为适应环境变化而变化最快的人。第一节 天然材料的特性五、天然材料的生物功能性：1、天然材料的复合性能：木材是由树皮、边材和芯材复合而成。骨骼是由羟基磷灰石和骨胶原纤维构成的复合材料，使骨骼不仅具有很高的强度，而且韧性也好。2、天然材料的功能适应性：天然材料的复杂性是长期自然选择的结果，是功能适应的结果，同

6、时也是多次反复优化的结。3、天然材料的愈合功能：生物体的再生功能实际上是生物材料的自行调整创伤愈合的过程。4、天然材料的多功能性：物理、生物、力学、化学等综合功能以及组织器官的愈合修复功能。第一节 天然材料的特性六、天然材料的仿生： 仿生学是模仿生物系统的原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具有类似于生物系统特征的科学。仿生材料的研究内容主要包括以下几个方面： 1、 天然生物材料的结构、 物理性质和化学性质分析； 2 、 模仿生物体组成 、结构及性能的材料制备与开发； 3、 利用生物加工技术制备材料的力学行为分析； 4、 根据模仿过程形成的新理论和新概念进行新型材料设计； 5、 仿生材料和结

7、构在新领域中的应用； 6、 模仿生物体系统进行结构分析、功能检测等。新材料在紫外线下展现超强自修复能力即使切成碎片也能重新长在一起割伤的皮肤、断裂的骨骼会随着时间自动愈合，而汽车喷漆的刮痕、飞机机翼的裂缝却无法自修复。最近研究出一种具有自修复能力的材料，只需紫外线照射就能重新长在一起，提高了产品的耐用性，也更容易维修。以前开发的自我修复材料中，有些是其中包含有微小的胶囊，当材料遭到损坏时，胶囊会裂开并释放出一种化学作用剂，对材料进行一次性修复；还有的材料是含有一些凝胶物，虽然也能重复地进行自我修复，但修复后的材料强度和稳定性都不如以前。美国卡内基梅隆大学和日本九州大学研究人员合作，共同开发出一

8、种聚合物，经紫外线照射，不仅能多次自我修复，还可让完全分离的碎片重新长在一起。其原理是原子之间能反复地形成共价键，使修复后的材料既强韧又稳定。嗅觉产生的机理听觉产生的 机理不同尺度范围内骨骼的分级有序组织第二节 天然多糖材料 引言 多糖的定义与种类 多糖是由于许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而成的高分子化合物。 水解后只产生一种单糖则称为均聚糖，如纤维素、淀粉等； 水解产物是二种或二种以上单糖则称为杂聚糖，如菊粉等。自然界存在的多糖主要有：1）植物多糖：如纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等。2）动物多糖：如甲壳素、肝素、硫酸软骨素等。3）琼脂多糖：如琼脂、海藻酸、角叉藻聚糖等。4）菌类多糖：

9、如D葡聚糖、D半乳聚糖、甘露聚糖等。5）微生物多糖：如右旋糖酐、黄原胶、凝乳糖等。第二节 天然多糖材料几种常见多糖第二节 天然多糖材料一、纤维素 1、纤维素的结构： 纤维素是由D吡喃葡萄糖经由1，4糖苷键连结的高分子化合物，具有不同的构型和结昌形式，是构成植物细胞壁的主要成分，常与木质素、半纤维素、树脂等伴生在一起，是存在于自然界中数量最多的碳水化合物。 第二节 天然多糖材料一、纤维素 2、纤维素加工：纤维素在医学上最重要的用途是制造各种医用膜。纤维素纤维素改性纤维素成型纤维素再生可溶性或热塑性纤维素衍生物溶液浇注或溶融法形成薄膜第二节 天然多糖材料一、纤维素3、硝酸纤维素 硝化纤维素+浓硝酸

10、/浓硫酸硝酸纤维素含氮量约为10-14%，含氮高的叫火棉，含氮低的叫胶棉。火棉主要用于制造无烟火药，胶棉主要用于制造塑料和喷漆。硝酸纤维素是人们最早使用的血液透析膜材料，因制造困难，易于燃烧，性能不稳定等，而逐渐被其他材料所代替。第二节 天然多糖材料一、纤维素 4、铜氨纤维素铜氨纤维是一种再生纤维素纤维，它是将棉短绒等天然纤维素原料溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓氨溶液内，配成纺丝液，在凝固浴中铜氨纤维素分子化学物分解再生出纤维素，生成的水合纤维素经后加工即得到铜氨纤维。C6H7O2Cu(NH3)m(OH)2OHOHOH第二节 天然多糖材料一、纤维素5、醋酸纤维素 醋酸纤维素是纤维素上的羟基被乙酰

11、基部分取代,一类热塑性树脂，包括纤维素的一醋酸酯，二醋酸酯，三醋酸酯，四醋酸酯和五醋酸酯。降低了氢键的影响，增加分离，极性降低，可以采用溶剂浇注法和熔融法进行加工。 第一节 天然多糖材料一、纤维素6、全氟酰基乙基纤维素 全氟酰基乙基纤维素是指分子中的氢原子均被氟原子替代，表面自由能很低，抗凝血比各向同性碳还要好。可采用高压蒸汽和环氧乙烷气体灭菌。由于它的抗凝血性能，可能用于制造人工肺、人工心瓣膜、人工细胞膜层和各种导管、插管、分流管等。第二节 天然多糖材料二、甲壳素及其衍生物1、甲壳素简介 1811年发现甲壳素，1859年发现甲壳糖直到1910年全世界仅有20篇论文发表。19世纪到20世纪40

12、年代，糖化学发展十分迅速，但甲壳素未列入研究内容，1934年美国申请了首个有关甲壳糖的专利。20世纪70年代以前研究的中心在欧美，70年代后期重心便移到日本，8090年代几乎每三年就有一个有关甲壳素的专利。上世纪末，日本年产甲壳素200吨，还要从中国进口千吨以上，现在美国也从中国进口千吨以上的甲壳素。目前，中国研究甲壳素的单位有上百家，生产厂也有原来的几十个发展到现在的300多家。甲壳素的原料甲壳素简史第二节 天然多糖材料甲壳素的存在： 甲壳素是一种动物多糖，存在于虾、蟹、昆虫等的壳内和蘑菇、真菌、细菌等细胞膜内，动物的关节、蹄、足等坚硬部位，被誉为除了糖、蛋白质、脂肪、维生素和矿物质外，人体

13、所必须的第六生命要素。 甲壳素在自然界中的产量仅次于纤维素而居第二位，是现今所发现的众多天然多糖中仅有的具有明显碱性的天然多糖，自然界每年生物合成的甲壳素估计有数十亿吨，从每年收获的甲壳类动物的废弃物中即可提取数近百万吨。第二节 天然多糖材料甲壳素的存在：虾壳、蟹壳中的甲壳素与蛋白质是共价健结合，是以蛋白质多糖的形势存在的，同时伴生着碳酸钙。虾壳、蟹壳中除了甲壳素、蛋白质和碳酸钙三种主要成分外，还有一些糖类，少量的镁盐和少量的色素。第二节 天然多糖材料二、甲壳素及其衍生物甲壳素的学名：-（14）-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-萄聚糖。 甲壳素的其它命名 甲壳素也叫几丁质（ chitin ）、甲壳

14、质、聚乙酰氨基葡糖。甚至有人还叫过几丁、蟹壳素、明角质、壳蛋白等。 2、壳聚糖 壳聚糖是最重要的甲壳素衍生物，壳聚糖严格讲称为脱乙酰甲壳素更学术化，但沿用已经习惯的壳聚糖人们也会接受。一般认为脱乙酰度大于50%的甲壳素就可称为壳聚糖。 壳聚糖的一般规格项 目指 标湿含量2%10%灰 分低于1.0%氮含量甲壳素6%7%，壳聚糖7.08.4%脱乙酰化度甲壳素10%，壳聚糖60%以上1%的醋酸1%溶液粘度200300厘泊分子量31051106商品壳聚糖1106天然甲壳素缔合常数Ka6.07.0多数为6.3X射线衍射数据峰值：858102619582000类胡萝卜素适量类胡萝卜素，否则表明已被萃出氨基

15、酸可含有甘氨酸、丝氨酸等3、甲壳素衍生物第二节 天然多糖材料4、甲壳素、壳聚糖的物理化学性质 （1）物理性质 溶解性能：甲壳素溶于六氟异丙醇和六氟丙酮的水合物中，酸与氯醇的结合也能溶解甲壳素。壳聚糖溶于酸性水溶液。 亲水性和溶胀性：甲壳素的吸湿性接近于碱化化的纤维素 成膜性能：壳聚糖的成膜性能比甲壳素好 相对分子量：处理方法不同，分子量差别大 热性能：200C热分解速率最大，60C发生失水 电学性能：取决于聚集态结构甲壳素的难溶性使其在应用上受到诸多限制，其具有刚性骨架和较强的分子间OHO型和OHN型氢键，使大分子具有有序结构和三种晶型结构。第二节 天然多糖材料4、甲壳素、壳聚糖的物理化学性质

16、 （2）化学性质 脱乙酰基反应：甲壳素在40-50%的氢氧化钠溶液中，在80-120C，搅拌4-5小时，可以产生壳聚糖。 碱性甲壳素：甲壳素在43%的氢氧化钠溶液中浸泡3小时，得到碱性甲克素，其质量是原质量的3倍。 盐的形成：壳聚糖与有机酸或无机酸反应可以形成各种溶于水的盐。 氧化反应：氧化取代制备衍生物。 低分子化和热分解：寡糖的药物性能利用。第二节 天然多糖材料5、甲壳素、壳聚糖的化学反应： 磺化反应：在二氯乙烷中用氯磺酸与甲壳素反应，磺化得到抗凝血材料 硝化反应：浓硝酸与甲壳素反应可得到硝酸化甲壳素。 羧甲基化甲壳素：-氯代乙酸与碱性甲壳素反应得到羧甲基化甲壳素 羟乙基化甲壳素：由环氧乙

17、烷与碱性甲壳素反应制得。 烷基醚化反应：羟乙基甲壳素的醚化 席夫碱的形成：氨基与醛基的反应，许多甲壳素的交联旧用此反应 酰化反应：糖环中的羟基或氨基可被酰化。 接枝反应、交联反应 与金属离子的螯合反应 与聚电解质的反应 其它衍生物的制备第二节 天然多糖材料6、甲壳素及其衍生物的制备 （1）甲壳素的制备：关键是出去原料中的蛋白质、碳酸钙和有毒重金属等。制备的方法很多，目前工业上常采用酸碱法，但作为生物材料的制备方法还有：酶法、水合肼法、相转移法、微波法以及综合生产法等。 （2）壳聚糖 的制备：制备方法主要是碱处理，影响粘度的因素的主次次序是：浸酸时间碱溶液的浓度除蛋白质的碱煮时间脱乙酰的反应温度

18、脱乙酰的时间盐酸浓度。 脱乙酰化程度的测定可以采用核磁共振、红外光谱、电位滴定、质谱、化学滴定等方法。（3）羟乙基壳聚糖 的制备（4）羧基壳聚糖 的制备：CH2=CHCN+Chit-O-CH2CH2COOH（5）壳聚糖的交联反应（6）壳聚糖 的接枝反应（7）壳聚糖 的功能化（8）壳聚糖接枝大分子（9）壳聚糖接枝高分子第二节 天然多糖材料7、甲壳素及其衍生物的医用要求 外观：甲壳素应为白色。壳聚糖应为无色或几乎白色，溶解后为无色透明粘稠液体，无任何肉眼可观察到的异物。 分子量：分子量因产品不同可不同 蛋白质含量；不大于3mg/L 灰分: 800 处理6小时以上，最大0.5（W/W） 内毒素: 1

19、.00.1EU/mg 重金属含量:以Pb计不超过40X106（g/g） 除铁以外不得超过5微克/克。第二节 天然多糖材料8、甲壳素及其衍生物的生物活性 免疫活性：具有免疫调节作用，主要是促进巨噬细胞吞噬功能；促进脾脏NK细胞的杀伤活性；对脾脏抗体形成细胞功能的增强作用。 抑制微生物生长作用: 大量的研究已经证明甲壳糖在体内、体外对多种细菌有抑制作用，有效的预防骨伤的感染。 对肌体细胞生长作用：主要表现在对红细胞、肿瘤细胞的黏附作用，对巨噬细胞、腹腔渗出细胞、肌细胞等的激活作用以及对淋巴细胞、成纤细胞和内皮细胞功能的抑制作用。 对凝血功能的调节作用：止血作用主要是甲壳糖与红细胞之间的相互作用，而

20、使红细胞聚集实现止血。抗凝血作用是通过甲壳素的磺化实现的。 其它：如促进创面愈合的作用，对胆固醇代谢的调节作用。第二节 天然多糖材料9、甲壳素及其衍生物在医学中的应用 在医学领域，甲壳聚和壳聚糖作为一种生物相容性良好的新型生物材料正在受到人们的普遍重视。其中可吸收缝线、人工皮肤抗菌抗感染无纺布、伤口敷料、降血脂饮料及其食品、抗病毒药物、抗肿瘤药物、心血管疾病药物、抗凝血材料、抗辐射材料、缓释靶向药物、骨组织修复材料、神经修复材料、止血剂、肠胃调节药物、药用胶囊、降血压药物、糖尿病药物、伤口防粘连膜以及新兴的纳米材料等已进入临床实用并有商品出售。 。第二节 天然多糖材料实例 壳聚糖微胶囊可用于细

21、胞培养和人工生物器官。 壳聚糖与海藻酸钠、羟甲基纤维素等带负电性的高分子可制备不同形状的微胶囊，不仅避免了微生物的污染，而且也容易进行产物的分离与回收。如果包封的是生物活细胞，如胰岛细胞、肝细胞等则构成人工生物器官。在食品中的应用1、絮凝剂和增稠剂：用于酒、醋、酱油及各种浆状制品。2、防腐、保鲜剂：对细菌、霉菌、酵母菌又将强的抑制作用。3、食品包装膜: 4、固定化酶载体：5、保健食品：在农业中的应用：防虫、防病、促进生长、环保杀虫剂；可降解地膜、饲料添加剂等在化妆品中的应用：保湿、润湿、成膜、抗静电、柔软毛发、护发、养发、固发、抗绉、消炎等。第二节 天然多糖材料10、甲壳素及其衍生物安全性 甲

22、壳素及其衍生物属于多糖，抗原性较小毒性小。经试验证实，甲壳素及其衍生物的致死量为16g/kg体重，而砂糖的致死量是 18g/kg体重可以作为医用、药用及其保健品。 提醒：经过一系列化学处理所制取的甲壳素或衍生物是否保留了天然结构状态，是否混入工艺性杂质，这经常是引起毒性的直接因素。第二节 天然多糖材料 11、甲壳素及其衍生物的生物学评价无菌试验 细菌内毒素检测急性全身毒性试验溶血试验细胞毒性试验皮内刺激试验皮肤致敏试验皮下植入试验眼刺激试验致突致奇试验12、壳聚糖的体内代谢甲壳素在人体的代谢途径有二： 首先是在溶菌酶的作用下分解成低聚物。 低聚物经过一系列化学反应，以二氧化碳的形式由呼吸道排除

23、体外； 低聚物与蛋白结合为人体吸收的糖蛋白被人体利用。注：在体内溶菌酶对壳聚糖的催化水解速度随着脱乙酰化度的升高而降低，脱乙酰化度达到100的壳聚糖则不能在体内被溶菌酶催化水解。 13、甲壳素作为医用材料存在的问题1）甲壳素及其衍生物的性能稳定性。 不同样品进行体内动物试验有时会出现截然相反的结果，原因不清。不少报道说甲壳素有良好的生物相容性，但在实际研究中发现有些样品生物相容性并不理想。有人归结为甲壳素的结晶形态之间的差别，也有人归结为甲壳素制备过程引进的杂质。13、甲壳素作为医用材料存在的问题2）降解性能与结构形态之间的关系 甲壳素及其衍生物作为一种多糖在生物体内酶的作用下肯定能够降解，但

24、目前关于降解性能与结构形态之间的关系研究报道不多，尤其是分子量和脱乙酰度对降解性能的影响不详。 一般而言，分子量愈小降解速度愈快，但目前未有定量的报道（定性的报道较多）。3）甲壳素衍生物的制备与应用 目前有关甲壳素衍生物的制备方法，尤其是甲壳素取代物的制备方法很多，但能用于制备材料的有多少种，除了成膜和纺丝之外无其他成型方法，如多孔海绵、体内凝胶化等。13、甲壳素作为医用材料存在 的问题4）目前亟待解决的一般技术甲壳素的分离、提纯与萃取技术。甲壳素的复合、交联、改性技术。甲壳素与其它材料的复合、共混、接枝技术。甲壳素降解速率的调节方法和技术。甲壳素材料表面修饰技术甲壳素与细胞生长因子的复合技术

25、。甲壳素制品的精密加工技术。甲壳素作为药物缓释控释材料的应用技术纳米甲壳素材料的制备与应用技术.第二节 天然多糖材料三、透明质酸 1、概述： 透明质酸（hyaluronic acid），通常写为HA，又名玻璃酸( 最早来自于牛眼玻璃体)。现发现广泛存在于动物的皮肤，脐带，关节滑液，软骨，眼玻璃体，鸡冠，鸡胚，卵细胞和血管壁中。不同组织和细菌来源的HA无种属差异。不同精制方法获得的HA ，相对分子量不同，无种属差异。第二节 天然多糖材料2、结构HA为一链状聚合物，由（1-4)D-葡糖醛酸(1-3)N-乙酰基-D-氨基葡糖的双糖单位重复连接组成，结构如图所示。透明质酸？一级结构第二节 天然多糖材料

26、对HA稀溶液进行的光散射研究发现HA分子在水溶液中呈单螺旋状态，分子内的氢键使其形成螺旋结构。（二级结构）当HA达到一定浓度时，HA分子间具有相互作用，形成双螺旋结构，浓度更高时形成网状结构。除了分子间氢键外，可能还有其他作用力存在。（三级结构）第二节 天然多糖材料3、性质 1）高吸水性：水分子通过极性键和氢键与HA分子相互结合，使得HA像“分子海绵”一样，可以吸收和保持其自身重量上千倍的水份。HA比任何天然或合成的高分子都具有更强的吸水量。 2）安全性： HA无抗原性，在人体内，HA的潜在过敏呈阴性。实际使用多用透明质酸钠（SH）,相对无害，有轻微皮肤刺激，对眼睛绝对无毒性。 第二节 天然多

27、糖材料3、性质： 3）粘度： 低浓度时，浓度的增加粘度变化较小，而当浓度增加到一定值时，浓度的增加会使粘度快速增加。（课后思考：解释其原因）4）粘弹性：受到慢速撞击或震荡，分子有时间解开彼此间的缠结，显示粘性特征；快速撞击或震荡则表现为弹性特征。（解释？）第二节 天然多糖材料5）降解反应：HA降解主要由水解和羟基上的活性氧引起，降解产物会受到环境酸碱度的影响。6）交联反应：交联基团主要是分子中的羟基和羧基，羧基与羧基之间，交联剂有许多种。？7）酯化和成盐反应（根据其结构推测可进行的相关反应）4、透明质酸的生产 1934年，美国的Meyer等首先从牛眼玻璃体中分离出该物质，随着HA的用途日益增多

28、，HA的需求增大，组织提取法受原料来源的限制，不能满足需要。80年代中期，日本已有发酵法生产HA的报道。我国从90年代开始HA的研究与开发。第二节 天然多糖材料公鸡冠或牛眼玻璃体绞碎，用丙酮或乙醇脱脂脱水风干风干品蒸馏水浸泡1224h过滤滤液加入（NaCl）=10%在加入等体积的氯仿处理35次水相调PH=7.5加胰蛋白酶37保温24h含HA的混合液氯仿洗涤 23次HA粗提液 （1）动物组织提取法此方法是目前比较常用的方法。第二节 天然多糖材料第二节 天然多糖材料（2） 发酵法发酵法生产HA的工艺流程如下：试管菌种接入三角瓶中 3 7振荡培养 1 2 1 8h,接入已灭菌的种子罐中 ,接种比例为

29、 120 0 ,培养 1 2 1 8h,经检菌体生长良好 ,无杂菌后接入已灭菌的发酵罐中 ,接种比例为 1 1 0。发酵过程中 ,需要检测的参数主要有p H值、溶氧量、葡萄糖含量、发酵液粘度、HA含量和菌体密度等。第三章 天然生物材料第二节 天然多糖材料5、透明质酸的应用1）FDA1991年将其归类于第三类及为人体内的植入物。2）眼科应用广泛，手术粘弹剂，手术垫以及泪道再通等。3）在外科，可防止手术后组织粘连，使粘连的发生率大大 降低。4）在骨科，用SH作补充治疗，可以避免激素治疗带来的副 作用。5）骨关节软骨的营养、润滑等。6）胆部外科，妇产科和胸外科等手术后预防粘连7）关节内窥镜检查，神经

30、组织周围，肌腱修复等骨科手术 后组织粘连的预防。8）干燥型耳鼓膜穿孔的修复。9）经化学修饰，交联或与其它材料或药物的复合，还可用于伤口愈合的皮肤代用品，精细细胞培养的分离基质以及生物涂层，基因工程，药物缓释，和人工脏器等许多领域。第二节 天然多糖材料10）抗炎性，促进伤口愈合，组织修复和防止细胞感染等，对皮肤有良好的修复保健作用。11）创伤护理，皮肤保养和药物缓释等。它能为严重的烧伤提供一层保护膜，既能阻挡细菌，又能让氧气透过，还能在创伤和绷带之间形成隔离层，防止它们粘连。12）HA和蛋白质的复合物对于皮肤的保湿起协同作用，借助粘弹液填充在皮下骨胶原纤维中，使皮肤具有润泽的外观和触感。四 、其

31、它天然多糖海藻酸(a) Manluronate (M)(b) Guluronate (G)Composition: M/G mole ratio1、海藻酸及其盐海藻酸盐制备工艺CaOHOHOOOOHOOOH2+OOOO钙-海藻酸凝胶结构海藻酸在临床中的应用用于疾病治疗 治疗返流性食管炎；降糖降脂；恢复血容量用于创伤修复材料 烧伤、烫伤敷料；止血材料药物缓释材料 助悬剂、增稠剂、乳化剂、微囊材料免疫隔离 海藻酸-壳聚糖；海藻酸-聚赖氨酸2、硫酸软骨素硫酸软骨素的用途1）硫酸软骨素作为保健食品或保健药品长期应用于防治冠心病、心绞痛、心肌梗死、冠状动脉粥样硬化、心肌缺血等疾病，无明显的毒副作用，能显

32、著降低冠心病患者的发病率和死亡率，可防止动脉粥样硬化的形成。 2）硫酸软骨素用于治疗神经痛、神经性偏头痛、关节痛、关节炎以及肩胛关节痛，腹腔手术后疼痛等。 3）预防和治疗链霉素引起的听觉障碍以及各种噪音引起的听觉困难、耳鸣症等，效果显著。 4）对慢性肾炎、慢性肝炎、角膜炎以及角膜溃疡等有辅助治疗作用。 5）鲨鱼软骨中的软骨素有抗肿瘤的作用。6）硫酸软骨素还用于滴眼剂。7）硫酸软骨素还应用于化妆品以及外伤伤口的愈合剂等。3、肝素第三节 蛋白质 一、蛋白质1、蛋白质简介 蛋白质是一切生命体必不可少的组成部分。 生命的起源蛋白质氨基酸C H O N 蛋白质是由若干个氨基酸通过肽键连成的一种天然高分子

33、化合物，相对分子质量小到几千，大到几百万。 蛋白质中含碳50-55%，氢20-23%，氮5-18%，硫0-4%，新鲜的蛋白质中含氮比相当接近。人体中的蛋白质种类有30多万种，至今尚未清晰。蛋白质的多样性是基於缩氨酸键之氨基酸的结合顺序或长短，立体构造的多样性而来的。蛋白质之分子量有小者如阵痛促进素(oxytocin)的约1,000，至大者如血清素(hemocyanin)的约2,800,000，但大多数的蛋白质分子量在35,000500,000之间，氨基酸的数目则在3005,000之间。氨基酸间结合模式图胰岛素的氨基酸配列 第三节 蛋白质2、蛋白质结构在蛋白质分子中，相邻两个氨基酸通过肽键相连，

34、所谓肽键就是指一个-氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的 -氨基相连的化学键。蛋白质分子两端一端为羧基，另一端为氨基。蛋白质中有20种氨基酸，差别是侧链的不同。蛋白质的结构复杂，大都有四级结构；蛋白质的种类多，但都具有特定的功能。第三节 蛋白质3、蛋白质的四级结构 蛋白质的四级结构与高分子的四级结构相同即：一级结构氨基酸的组成和氨基酸序列 二级结构单分子构象，取决于相近氨基酸空间关系。 三级结构分子的肽链结构，主侧链在内的空间排列。 四级结构蛋白质的原聚体或亚基的空间排布。氨基酸序列的意义：决定分子生物活性的分子基础；决定蛋白质的构象；序列的异常导致功能异常和疾病；序列代表了蛋白质的进化史，具有相似

35、氨基酸的两种蛋白质具有同一祖先。第三节 蛋白质 二、胶原(Collagen) 1、人体中的胶原 胶原是人体和脊椎动物的主要结构蛋白，占人体内蛋白总量的25-30%，相当于体重6%，是支持组织和结缔组织（皮肤、肌腱和骨骼的有机部分）的主要组成成分。哺乳动物的皮肤胶原种属差异较小，不同种类的动物分离出的胶原极其相似。2 胶原的存在形式胶原主要存在于动物的皮、骨、软骨、牙齿、肌腱、韧带和血管中，真皮的蛋白质主要是纤维状胶原。胶原是白色，透明、无分支的原纤维，在它周围是由其它蛋白质和粘多糖组成的基质。严格讲：胶原是指生物体组织中存在的一类蛋白质或在提取时没有改变结构的蛋白质。而从生物体中提取的，结构和

36、分子量都发生变化的应称为胶原蛋白。第三节 蛋白质3、胶原的组成 胶原蛋白中含有大量的甘氨酸、脯氨酸、羟基脯氨酸，同时因为胶原中羟基脯氨酸含量比较均一，因此由测量羟基脯氨酸的量、很容易计算出胶原含量。 一般含有C.H.N.O.S五种元素，有些含有P和卤族元素或金属元素Fe、Cu、Zn、Cd等.第三节 蛋白质第三节 蛋白质胶原的氨基酸含量 氨基酸 含量（克分子/100克分子） 甘氨酸 31.4-33.8 脯氨酸 11.7-13.8 羟基脯氨酸 9.4-12.5 酸性氨基酸 11.5-12.5（天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰氨） 碱性氨基酸 8.5-8.9（赖氨酸、精氨酸、组氨酸） 其他氨基酸 余量第三节

37、 蛋白质第三节 蛋白质4、胶原蛋白的结构第三节 蛋白质5、原胶原蛋白：胶原蛋白的基本单位称原胶原蛋白，它是由大约1000个氨基酸基构成的肽链所组成，其分子量约为30万。根据肽链结构与组成的不同，可将其分为由两种不同的肽链，即由两条1（I）肽链和一条2（I）肽链所组成的I型胶原和由三条相同肽链所组成的、型胶原。均具有重复的三重序列结构（甘氨酸XY）6、胶原的性质胶原的两性电解质： 胶原的相对分子量和分子量分布：取决于制备方法。 胶原的胶体性质：胶原有许多极性侧基，亲水能力较强，吸收的水有结合水和自由状态的水两种。胶原蛋白的变性：引发变性的因素很多（加热，机械作用，辐射，化学试剂等），变性的结果是

38、生物活性丢失。胶原的化学反应：与亚硝酸、醛、茚、酸、碱以及盐的反应。胶原和其他蛋白质相比确实不易引起抗体产生HOOC-R-NH3+ -OOC-RNH3 + -OOC-RNH2 正离子 两性离子 负离子第三节 蛋白质7 胶原的制备为了保持胶原的力学性能，应力求在整个过程中保持胶原的纤维状结构和尽可能的避免其变性和降解。由于胶原分子间常存在某些共价交联，不易从动物组织中直接萃取。但在某些组织中，例如幼小动物的皮肤中，存在约百分之几的胶原，未能形成交联或交联不够充分,可以用0.5-1M冷NaCl溶液进行萃取。第三节 蛋白质第三节 蛋白质8 胶原蛋白的医用 人造血浆：胶原蛋白纯化，祛除热源，分子量在5

39、万-10万与血液的渗透压相当，可用做血浆的代用品。胶原蛋白海绵：可用于几乎所有的外科手术止血。胶原蛋白纤维：制备手术缝合线、抗菌贴身服装固定化酶：对酶的亲合性好，能吸附多种酶和细胞。与甲壳素的并用,制备各种医用复合材料：人造活性皮肤 药物缓释材料组织修复与再生其他医用材料：如心瓣膜，肌腱等。 第三节 蛋白质9 胶原蛋白的一般应用氨基酸：由蛋白质水解得到氨基酸，可用来制备氨基酸营养液。保健食品：补钙剂、排铝散、减肥降血脂、指甲头发护理剂。表面活性剂：润肤乳剂、洗发香波及其它化妆品。絮凝剂：两性电解质，絮凝范围大。黏合剂：墨水、墨汁、造纸的施胶剂，航空黏合剂。生物农药第三节 蛋白质10 胶原蛋白的

40、灭菌：最常用的胶原制品的灭菌的方法是离子辐射菌，但其他灭菌方法如干热灭菌、环氧乙烷气体灭菌亦可采用，它对胶原蛋白的性能影响不大，但是对再生可溶性胶原的灭菌，应采用温和的灭菌方法，一般均采用过滤法除菌，然后在无菌条件下加工和包装。第三节 蛋白质第三节 蛋白质材料 三、明胶1、引言 明胶的氨基酸成分主要有甘氨酸，脯氨酸和羟脯氨酸。它从含有胶原的哺乳动物的骨、皮、肌踺等的材料中经一系列处理后得到。原材料不同所得明胶成分有所不同。分子中既含有氨基又含有羧基和羟基,是能溶于水的聚多肽。分子量一般为7 9万，是分散性的。“胶原蛋白” Collagen （200元/g）和明胶Gelatin （20元/kg）

41、最大的不同，就在于其分子结构的差异。胶原蛋白必须具备完整的三股螺旋体结构，分子量约在283,000，而明胶分子量不规则，大至几百万、小至几十，所以不具备原有生物体的活性与功能。因此在应用方面亦有极大差异。第三节 蛋白质2、明胶的物理化学性质：物理性质：无色或微黄色，无臭，无味，无挥发性，透明而坚硬的非晶体物质。溶于温水，冷却到15C形成胶冻，碱法制得的明胶等电点在4.75之间，酸法制的明胶等电点在79之间。明胶在冷水中的溶胀性能与pH有关，在pH=4.75时溶胀最慢，在pH=2.5时溶胀速度将达最大值。化学性质：与酸、碱、盐反应；细菌对明胶的作用；明胶的水解。第三节 蛋白质 3、明胶制备方法

42、碱法工艺:酶解制胶的方法有两种。常见的是用酶溶液处理骨或皮胶原 ,然后在酸性溶液中搅拌, 得到胶原溶液, 再用碱中和到胶原等电点或用盐盐析 ,得到胶原的纤维沉淀 ,分离沉淀后再加热 ,即得到明胶; 酶解工艺:用酶的溶液代替传统碱法制胶中石灰乳处理胶原 (骨素或皮 ) ,然后再按照传统方法完成余下的工序 .这种工艺方法比第一种方法更适合于对骨明胶的制备。第三节 蛋白质4、种类与用途：种类：医药用明胶 食用明胶，照相明胶和工业明胶用途：食用果酱、胶状、罐头、点心等大多用明胶作为黏合剂和增绸剂。医药用止血剂，碘、矾中毒的解毒剂，可治疗许多疾病，药用胶囊材料以及各种胶状、膏状药物的添加剂，组织修复材料等。照相用软片、硬片、胶片、感光材料等。化妆品修复功能：促进表皮细胞生长，修复破裂皮肤伤口与龟裂皮肤的愈合。 保湿作用：強化表皮层吸水及保水的功能，使皮肤润泽、光滑有弹性。 隔膜作用：形成保护膜，防止表皮水分流失，隔离不良物质侵入皮肤。 长效作用：延长有效成分在皮肤作用时间。 穩定作用：维持配方內有效成分的生化性质于最佳状态。 协助传输作用：提供配方成分作用优良环境，确保有效成分进入肌肤深层第三节 蛋白质材料5、明胶的医用简介 （1）明胶主要用于血浆增容剂