角蛋白基生物功能材料的研究现状与发展前景

来源期刊：材料保护2020年第9期

论文作者：王瑞瑞

文章页码：21199 - 21204

关键词：角蛋白;生物膜;创面敷料;药物载体;织物整饰剂;功能材料;

摘    要：世界各地每年产生700多万t废弃毛发未被合理利用,既浪费了资源,又污染了环境。毛发中含有95%的角蛋白,角蛋白是一种具有复杂分子结构、不易燃烧、亲水性强的天然高分子材料。由于角蛋白具有可再生、可降解、生物相容、无毒无害等优点,以废弃毛发为原料,开发角蛋白基生物功能新材料,拓宽角蛋白的应用领域,有利于废弃毛发的高值转化,符合可持续性发展的战略方针。根据成纤化能力的不同,角蛋白被分为硬角蛋白和软角蛋白。从毛发中提取的角蛋白归属于硬角蛋白,其具有极强的成纤能力。硬角蛋白分子主要由α螺旋结构构成,含有大量的半胱氨酸残基。双硫键是维持角蛋白分子结构稳定的关键因素。双硫键的适度打开是大分子角蛋白提取技术的关键。由于角蛋白分子结构中含有大量的双硫键、氢键和疏水相互作用,致使角蛋白在许多常见溶剂(水、稀酸、稀碱等)中的溶解度偏低。目前,角蛋白基生物功能材料的研发主要集中在四个方面:(1)角蛋白具有良好的生物相容性和生物活性,并且具有自体移植潜力,已被成功应用于生物功能膜、医用支架的开发和皮肤创面的治疗研究。(2)开发可控性强的角蛋白基药物载体材料,有效提高药物分子的利用率,在生物医学和农学领域已成为研究热点。(3)角蛋白分子上存在大量羧基、氨基、羟基等功能性基团,并且具有优异的乳化性能,利用角蛋白对织物纤维进行功能化改性,能够有效改善织物的透水透气性,赋予织物材料良好的使用性能。(4)角蛋白分子结构中含有大量活性基团,能够与重金属离子发生络合反应,进而将重金属离子固定在其网络结构中。因此,角蛋白基功能吸附材料在"三废"治理领域具有独特的意义。本文首先介绍了角蛋白的四级结构,归纳了角蛋白的提取方法,描述了角蛋白在生物功能膜材料、医用创面敷料、药物载体、织物整理剂和吸附材料等领域的研究现状,最后分析并展望了角蛋白基生物功能材料的发展前景,以期为研发具有独特功能的角蛋白基生物材料提供参考。