角蛋白材料在生物領域中的應用

李北方

（成都石室中學 610041）

角蛋白材料在生物領域中的應用

李北方

（成都石室中學 610041）

角蛋白是纖維狀蛋白質，廣泛存在于生物的頭發、羽毛、指甲中，在多年前，人們就已經探索出角蛋白的提取與利用方式。在生物與化學技術的發展下，角蛋白材料的應用領域也越來越廣泛，本文主要對角蛋白材料在生物領域中的應用進行分析。

角蛋白材料；生物領域；應用

在研究中發現，角蛋白材料具有良好的生物特性和材料力學性能，這得益于角蛋白獨特的分子結構，使角蛋白的優良性能能很好地發揮出來。角蛋白具有較高的機械強度，有著便于加工、易于分解和溶解等優點，利用角蛋白生產的各種產品具有較好的市場前景。例如，醫療上應用的骨替代材料就是通過一定技術處理羊毛角蛋白得到的。從人發中提取的角蛋白與人體的皮膚具有相同的結構，用于制作人造皮膚和人造血管有很好的效果。角蛋白在生物技術上有很廣泛的應用。

1 角蛋白的結構分析

角蛋白廣泛的存在于動物的皮膚、皮毛等部位，是一種不易溶解的纖維狀動物蛋白。角蛋白有α-角蛋白和β-角蛋白兩種形態，主要是α-角蛋白的形式存在，α-角蛋白具有良好的伸縮性，我們的毛發可以很好的伸縮就是利用的α-角蛋白的伸縮性。當我們過度拉伸時，超出角蛋白的承受范圍，就會造成α-角蛋白的損傷，從而轉變成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性能。在結構上，角蛋白主要由微原纖與纖間基質組成，微原纖間基質（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

角蛋白有穩定的分子結構，在任何溶劑中都不會溶解，所以要想溶解角蛋白就要破壞其內部結構，讓其內部的二硫鍵斷裂。現在普遍采用的提取方法有機械法和化學法兩種，酸堿法和還原法是經常利用的化學方法，運用濃度高的強酸或者氧化劑，破壞角蛋白的內部結構，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，因為是利用還原劑的作用，將分子中的二硫鍵還原成硫基，可以保持分子結構的完整性。

3 角蛋白在生物領域中的應用

角蛋白在醫藥上有很廣泛的應用，例如醫藥制品、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，因為角蛋白具有較強的組織相容性。

3.1 膠蛋白作為骨折內固定幫

在傳統的醫學行業中，大多數是利用金屬材料做骨骼支架，其質量沉，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。最后，使用膠蛋白材質做成的固定幫，在用于人體后，排異反應小，一般到術后2個月，排異反應就會消失，有助于病人及早恢復健康。

3.2 角蛋白作為人工腱

當人體的肌腱發生某些病變時，一般是采用自體腱對其進行修復，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，在醫學中發揮著重要的作用。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，轉化形成自體腱，利用損傷部位的修復。②人工腱的伸展性能和彎曲性較好，運用到人體中，不會影響其他功能的活動。③因為角蛋白便于提取、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合填充材料

我們知道，人體當受到燒傷時，不僅要承受身體的疼痛，還會留下難看的傷疤。運用角蛋白制成的藥品在治療傷疤上有很好的效果，人發角蛋白具有很好的生物特性，它與組織的相容性好，具有刺激細胞增長、促進損傷皮膚愈合的優點。現在已經廣泛應用于治療燒傷后恢復的臨床試驗中。

隨著對角蛋白性能的不斷研究，角蛋白越來越廣泛的應用于各個行業，在新的研究中發現，在心血管方面，角蛋白對于人體的血管的生成也有很好的促進作用。在醫學美容方面，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，不會出現過敏反應。

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采用光化學交聯制備法來成功制備出角蛋白凝膠，強度適中，可以滿足細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中，檢驗它們與細胞和組織的相互作用。結果表明，角蛋白在生物系統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，并檢驗涂層上幾種細胞的生長行為。結果表明，角蛋白涂層材料能粘附細胞并加快細胞的生長。在納米纖維材料技術的發展下，生物相容性聚合物材料被研發出來，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，其研究發現，當混合物中角蛋白含量為30%時，所制得的纖維有良好的機械強度和防水特性，并且能夠吸收毒性物質。

4 結語

總之，角蛋白具有良好的生物性能和力學性能，我們通過技術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，已經廣泛的應用于各個行業。我們要加大角蛋白性能的研究，讓其發揮更大的優勢，為我們服務。

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1004-7344（2016）29-0275-01

2016-9-29