李北方

（成都石室中學(xué) 610041）

角蛋白材料在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用

李北方

（成都石室中學(xué) 610041）

角蛋白是纖維狀蛋白質(zhì)，廣泛存在于生物的頭發(fā)、羽毛、指甲中，在多年前，人們就已經(jīng)探索出角蛋白的提取與利用方式。在生物與化學(xué)技術(shù)的發(fā)展下，角蛋白材料的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，本文主要對(duì)角蛋白材料在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

角蛋白材料；生物領(lǐng)域；應(yīng)用

在研究中發(fā)現(xiàn)，角蛋白材料具有良好的生物特性和材料力學(xué)性能，這得益于角蛋白獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，使角蛋白的優(yōu)良性能能很好地發(fā)揮出來。角蛋白具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，有著便于加工、易于分解和溶解等優(yōu)點(diǎn)，利用角蛋白生產(chǎn)的各種產(chǎn)品具有較好的市場(chǎng)前景。例如，醫(yī)療上應(yīng)用的骨替代材料就是通過一定技術(shù)處理羊毛角蛋白得到的。從人發(fā)中提取的角蛋白與人體的皮膚具有相同的結(jié)構(gòu)，用于制作人造皮膚和人造血管有很好的效果。角蛋白在生物技術(shù)上有很廣泛的應(yīng)用。

1 角蛋白的結(jié)構(gòu)分析

角蛋白廣泛的存在于動(dòng)物的皮膚、皮毛等部位，是一種不易溶解的纖維狀動(dòng)物蛋白。角蛋白有α-角蛋白和β-角蛋白兩種形態(tài)，主要是α-角蛋白的形式存在，α-角蛋白具有良好的伸縮性，我們的毛發(fā)可以很好的伸縮就是利用的α-角蛋白的伸縮性。當(dāng)我們過度拉伸時(shí)，超出角蛋白的承受范圍，就會(huì)造成α-角蛋白的損傷，從而轉(zhuǎn)變成β-角蛋白。角蛋白主要是由胱氨酸和極性氨基酸組成，也有少量的硫，根據(jù)硫成分的多少分為軟膠蛋白和硬角蛋白，它們均具有良好的化學(xué)性能。在結(jié)構(gòu)上，角蛋白主要由微原纖與纖間基質(zhì)組成，微原纖間基質(zhì)（matrix）主要由高干酪蛋白HGT與高硫蛋白SCMKB組成。

2 角蛋白的常用提取方法

角蛋白有穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)，在任何溶劑中都不會(huì)溶解，所以要想溶解角蛋白就要破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓其內(nèi)部的二硫鍵斷裂?，F(xiàn)在普遍采用的提取方法有機(jī)械法和化學(xué)法兩種，酸堿法和還原法是經(jīng)常利用的化學(xué)方法，運(yùn)用濃度高的強(qiáng)酸或者氧化劑，破壞角蛋白的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其的分子肽鏈斷裂，這樣可以得到分子量小的蛋白。利用還原法可以使角蛋白保持較高的分子量，因?yàn)槭抢眠€原劑的作用，將分子中的二硫鍵還原成硫基，可以保持分子結(jié)構(gòu)的完整性。

3 角蛋白在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用

角蛋白在醫(yī)藥上有很廣泛的應(yīng)用，例如醫(yī)藥制品、人工支架等等，都可以用角蛋白作原料。利用角蛋白為原料制成的藥品在愈合傷口和治療皮膚病上也有很好的功效，因?yàn)榻堑鞍拙哂休^強(qiáng)的組織相容性。

3.1 膠蛋白作為骨折內(nèi)固定幫

在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)行業(yè)中，大多數(shù)是利用金屬材料做骨骼支架，其質(zhì)量沉，不容易與人體組織融合。利用角蛋白為原材料制成的固定材料在骨科手術(shù)中有很好的功效，首先，利用角蛋白制成的固定幫具有較高的強(qiáng)度，不僅可以用于小骨骼的固定，還可以用于四肢這樣的大骨骼的支撐。其次，角蛋白具有良好的降解性，在使用的早期降解速度緩慢，在后期降解速度較快，這樣的就有利于受傷的骨骼愈合恢復(fù)。最后，使用膠蛋白材質(zhì)做成的固定幫，在用于人體后，排異反應(yīng)小，一般到術(shù)后2個(gè)月，排異反應(yīng)就會(huì)消失，有助于病人及早恢復(fù)健康。

3.2 角蛋白作為人工腱

當(dāng)人體的肌腱發(fā)生某些病變時(shí)，一般是采用自體腱對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，但是自體腱的原料比較短缺，這就給我們的治療帶來不便。利用角蛋白制成的人工腱不僅可以解決材料短缺的問題，并且是一種可以被人體溶解的一種材料，在醫(yī)學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。①利用角蛋白制成的人工腱的組織相容性較好，在人體中可以與人體的組織快速融合，轉(zhuǎn)化形成自體腱，利用損傷部位的修復(fù)。②人工腱的伸展性能和彎曲性較好，運(yùn)用到人體中，不會(huì)影響其他功能的活動(dòng)。③因?yàn)榻堑鞍妆阌谔崛?、原料豐富，所有利用角蛋白制成的人工腱的原料也是充足的，解決了自體腱原料短缺的問題。

3.3 角蛋白用于可注射生物復(fù)合填充材料

我們知道，人體當(dāng)受到燒傷時(shí)，不僅要承受身體的疼痛，還會(huì)留下難看的傷疤。運(yùn)用角蛋白制成的藥品在治療傷疤上有很好的效果，人發(fā)角蛋白具有很好的生物特性，它與組織的相容性好，具有刺激細(xì)胞增長、促進(jìn)損傷皮膚愈合的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于治療燒傷后恢復(fù)的臨床試驗(yàn)中。

隨著對(duì)角蛋白性能的不斷研究，角蛋白越來越廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，在新的研究中發(fā)現(xiàn)，在心血管方面，角蛋白對(duì)于人體的血管的生成也有很好的促進(jìn)作用。在醫(yī)學(xué)美容方面，角蛋白可以改善人體皮膚的瘢痕凹陷、面部皺紋，并且跟人體有很好的相容性，不會(huì)出現(xiàn)過敏反應(yīng)。

3.4 角蛋白用于組織工程支架材料

組織工程支架材料直接影響著組織工程的成敗，Sando采用光化學(xué)交聯(lián)制備法來成功制備出角蛋白凝膠，強(qiáng)度適中，可以滿足細(xì)胞的生長與粘附相同。van Dyke等合成出了角蛋白凝膠以及多孔支架，然后將它們置于生物系統(tǒng)中，檢驗(yàn)它們與細(xì)胞和組織的相互作用。結(jié)果表明，角蛋白在生物系統(tǒng)中有很好的生物相容性。Reichl等比較了兩種方法制備的角蛋白涂層，并檢驗(yàn)涂層上幾種細(xì)胞的生長行為。結(jié)果表明，角蛋白涂層材料能粘附細(xì)胞并加快細(xì)胞的生長。在納米纖維材料技術(shù)的發(fā)展下，生物相容性聚合物材料被研發(fā)出來，Katoh等通過混入聚乙烯醇，增加了水溶性角蛋白溶液的成絲能力，其研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混合物中角蛋白含量為30%時(shí)，所制得的纖維有良好的機(jī)械強(qiáng)度和防水特性，并且能夠吸收毒性物質(zhì)。

4 結(jié)語

總之，角蛋白具有良好的生物性能和力學(xué)性能，我們通過技術(shù)改良讓其也具有了較好的物理性能，角蛋白的原料豐富、便于提取，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。我們要加大角蛋白性能的研究，讓其發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)，為我們服務(wù)。

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