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牦牛皮胶原蛋白(UPYC)和大豆分离蛋白(SPI)均是来源丰富、价格低廉的天然生物大分子材料。其中,生长在高海拔、缺氧、无污染、极寒地区的牦牛赋予了牦牛皮胶原蛋白良好的抗氧化活性,为牦牛皮胶原蛋白在生物体的安全利用创造了条件。大豆分离蛋白富含的精氨酸和谷氨酸能够修复受损基因,为加快生物体的创面愈合提供了优势。然而,胶原蛋白自身的快速降解、差的稳定性以及大豆分离蛋白对酸性环境的极度敏感性限制了它们在生物医用材料领域的应用。因此,本论文利用自组装效应开发一种在微酸性环境介质中具有稳定性的胶原/大豆分离蛋白自组装生物材料,拓宽其在疏水性药物载体和创面敷料薄膜领域的应用,试图为异源蛋白质自组装功能材料的开发提供一定的理论依据。本文首先以牦牛皮胶原蛋白和大豆分离蛋白两种天然蛋白为原料,利用不同电荷蛋白质之间的氢键和静电相互作用自组装制备新型天然高分子胶束;系统研究了酰胺键交联法、自由基偶联法、邻苯醌加成交联法和二硫键交联法对UPYC/SPI自组装胶束结构的固定效果;然后以姜黄素(CUR)为模型药物,评价了 UPYC/SPI自组装胶束作为药物载体的包载作用;最后研究了 UPYC/SPI自组装胶束膜的结构和性能及其作为医用创面敷料的可行性。主要研究工作如下:(1)以牦牛皮为原料,通过超声辅助乳酸-胃蛋白酶结合法提取牦牛皮胶原蛋白。提取过程中,强机械振动波和“空化效应”破坏了牦牛皮胶原蛋白和基体之间的作用力,促使牦牛皮胶原蛋白迅速逃离基体,同时使提取的牦牛皮胶原蛋白仍然具有良好的质量。乳酸能够使牦牛皮胶原纤维充分松散,有效缩短提取时间,具有一定的防腐杀菌作用。胃蛋白酶能够切除牦牛皮胶原蛋白的非螺旋结构,降低提取胶原蛋白的免疫排斥风险。超声辅助酸酶法最佳工艺条件:pH 2.0的乳酸溶液,液比15,浸泡24 h;胃蛋白酶用量2.0%(干皮),液比15,温度10℃,pH 2.0,提取时间15 h;采用脉冲式超声处理,超声功率200 W,超声频率20 KHz,超声时间20 min,UPYC的提取率可以达到82.33%,提取的UPYC具有I型胶原蛋白的结构特征。超声辅助酸酶结合法缩短了 UPYC的提取时间,经济环保。(2)以UPYC和SPI两种天然蛋白为原料自组装制备粒径分布集中、分散性良好的UPYC/SPI球形胶束。UPYC/SPI球形胶束具有三层结构:UPYC和SPI肽链相互缠绕,肽链上的疏水链段收缩形成内核,亲水链段充分伸展形成外壳;内核和外壳之间存在细小的亮环,这可能是SPI和UPYC肽链上的活性侧基在非共价键作用力的驱动下将UPYC肽链锚固在SPI肽链上,促使UPYC和SPI“粘合”在一起。UPYC和SPI分子均属于两亲性无规聚电解质,与传统嵌段共聚物形成的核壳结构不同,由于疏水微区和亲水微区无规弥散在UPYC和SPI的肽链上,具有核壳结构的UPYC/SPI自组装胶束表面除了富集大的亲水微区外,还分布着一些小的疏水微区,从而使UPYC/SPI自组装胶束的表面具有两亲性结构。自组装机理研究表明:在微酸性环境中,UPYC和SPI肽链上的活性侧基(羰基、氨基和羟基)之间产生强的氢键相互作用,同时,SPI肽链上部分带有负电荷的羧基和UPYC上部分带有正电荷的氨基之间产生强的静电相互吸引作用力。在强的氢键和静电相互吸引作用力的驱动下原位自组装形成UPYC/SPI球形胶束。UPYC/SPI胶束的形成提高了 SPI在弱酸性环境中的稳定性。(3)为了改善UPYC/SPI自组装胶束在使用过程中结构极易被破坏、缺乏长期稳定性的问题,采用酰胺键交联、自由基偶联、邻苯醌加成交联和二硫键交联四种方法对UPYC/SPI自组装胶束的结构进行固定研究。交联固定的UPYC/SPI自组装胶束具有良好的结构稳定性(耐稀释稳定性、储存稳定性和热稳定性)。其中,酰胺键交联和二硫键交联固定效果优于自由基偶联和邻苯醌加成交联固定效果。研究发现酰胺键和二硫键是维系UPYC/SPI自组装胶束的结构稳定的关键。固定后的UPYC/SPI自组装胶束可以作为营养物质或药物递送的载体使用。(4)以CUR为模型药物,以酰胺键交联固定UPYC/SPI自组装胶束为载体,制备了粒径分布集中、分散性良好的UPYC/SPI-CUR自组装纳米包合物。UPYC/SPI-CUR纳米包合物的平均粒径为377.5 nm,PDI值为0.229。UPYC/SPI自组装胶束可以将一些水溶性差的疏水性药物分子(CUR)负载在疏水微区,在UPYC/SPI自组装纳米胶束中的CUR结构全部由结晶态转变为无定型的非晶态结构。由于CUR的无定型非晶态结构具有较大的比热容和较高的内能,因此,UPYC/SPI自组装胶束有利于提高CUR的水溶性、分散性、抗氧化性、稳定性和生物利用率。UPYC/SPI-CUR纳米包合物在酸性环境(SGF)中24 h的释放率达到了 90.38%,而在碱性环境(SIF)中24 h的释放率为55.58%。UPYC/SPI-CUR纳米包合物具有一定的pH响应性和较强的靶向性。(5)以二硫键交联固定UPYC/SPI自组装胶束为成膜剂,甘油为增塑剂,制备了 UPYC/SPI自组装胶束敷料膜。UPYC/SPI自组装胶束在成膜过程中形成了结构紧凑、致密的交联网状结构,改善了 UPYC与SPI的相容性。与共混膜相比,UPYC/SPI自组装胶束膜的力学性能、紫外屏蔽性能、可见光透过性能和热稳定性能均优于共混膜。自组装形成的交联网络结构强度能够抵抗水分子渗入的溶胀破坏作用,UPYC/SPI自组装胶束膜具有一定的耐水性和良好的吸水保湿性能。UPYC/SPI自组装胶束的两亲性结构增强了自组装胶束膜和细胞之间的结构亲和力,对小鼠成纤细胞L929和成骨细胞MT3C3没有细胞毒性,能够促进细胞的粘附、增殖、分化,UPYC/SPI自组装胶束膜具有良好的生物相容性。UPYC/SPI自组装胶束膜在新型医用创面敷料、皮肤修复面膜、治疗牙周疾病的医用敷料、生物载药薄膜等领域均具有广阔的市场应用前景。总之,本文制备了 UPYC/SPI自组装生物医用新材料,开展了新材料的自组装机理、结构和性能的研究,分析了新材料在自组装制备过程的新现象和新机理。