角蛋白基高分子载体材料的制备与功能

Using waste feathers and discarded feather products as raw materials, the feather keratin with uniform molecular weight is extracted in high yield rate. The obtained keratin is modified by chemical or physical method, which afforded repeated dissolvable keratin. Restriction enzyme cutting technology was also applied to prepare polypeptide of keratin. The keratin will be extracted from other protein discarded resources, such as pig hair. The extracted and modified keratin is applied to prepare the new medical polymer materials, such as keratin-based polymer microspheres, film and hydrogel, which show controlled release behaviors. The composition and structure of obtained feather keratin, polypeptide of keratin and their derivative will be characterized by instrument analysis method. The relationship between the structure and function of keratin-based polymer will be investigated. Based on the development of environmental friendly polymer, the purpose of this project is for protecting ecological environment and realizing recycle of natural discarded resource. Based on understanding the composition, structure characteristics and function of keratin-based polymer, its application region will be largely expanded. It is also used to explore the recycle way of discarded natural polymers, especially polymer protein materials, and provide the theory basis for preparation of new biodegradable and biocompatibility medical polymer.

以废弃的羽毛和羽毛制品为原料，采用不同方法进行高效提取分子量均一的羽毛角蛋白；通过化学、物理方法对提取的角蛋白进行改性后使其重复可溶，进一步采用酶切法将角蛋白剪切为能够用于分子组装的角蛋白片段；优化提取方法并用于从猪毛等其他废弃天然高分子中提取角蛋白。以生物相容与生物可降解的角蛋白与功能高分子相结合，制备具有可控释放功能的角蛋白膜、角蛋白基高分子微球、角蛋白基水凝胶等新型医用与药用载体材料，并研究其载体功能与生物活性。结合现代仪器分析方法研究角蛋白、多肽片段基改性高分子载体的组成与结构，研究其结构与功能之间的关系。本项目立足环境友好高分子的发展前沿，以保护人类生态环境、实现资源充分利用为目的，通过对角蛋白高分子载体材料结构组成与功能之间关系的清晰认识，拓展其应用范围。探索天然废弃高分子蛋白质材料的回收再利用途径，并为制备一类可降解的生物相容新型医用高分子材料提供理论依据。

获得了以废弃羽毛为原料高效提取分子量均一羽毛角蛋白的方法，即：醇酸双预处理-还原复合溶解法；通过小分子改性使提取的角蛋白能够重复可溶；采用酶切法将角蛋白剪切为能够用于分子组装的角蛋白片段。采用凝胶电泳、飞行时间质谱、元素分析、氨基酸分析、红外光谱、圆二色谱及扫描电镜等仪器分析手段，对羽毛角蛋白的组成、结构等进行了分析表征。以提取的角蛋白为基质，通过原位聚合、接枝聚合技术，将功能性高分子与角蛋白结合，制备了pH敏感、温度敏感等不同类型的角蛋白基高分子水凝胶、微凝胶与角蛋白膜，对其结构与形貌进行了表征与分析，研究了角蛋白基高分子水凝胶的溶胀行为与环境敏感性，考察了对模型药物分子的可控释放性能、细胞毒性与可降解性。以羽毛角蛋白为生物高分子载体，负载功能性离子或配合物，成功制备了具有抗氧化活性的羽毛角蛋白结合体。将海藻酸钠、壳聚糖等多糖类天然高分子与羽毛角蛋白进行接枝，成功制备了具有缓释功能的外敷用天然高分子海绵体材料。以离子液体为溶剂，将羽毛角蛋白纤维分别与纤维素类天然高分子、聚丙烯腈类合成高分子共同溶解与再生，成功制备了羽毛角蛋白/高分子共混薄膜与共混纤维，从而改善了纤维的部分性能。采用表面还原、表面接枝改性的方法，在提高羽毛纤维表面亲水性能的同时提高其水下疏油性能，并改善其吸附性能。总之，获得了基于角蛋白制备生物相容性功能高分子材料的方法，并研究了构效关系。进一步以猪毛、大豆分离蛋白、玉米醇溶蛋白等废弃与廉价天然高分子为原料，制备了生物相容性功能高分子材料。本项目立足环境友好高分子的发展前沿，以保护人类生态环境、实现资源充分利用为目的，通过对角蛋白高分子载体材料结构组成与功能之间关系的清晰认识，拓展其应用范围。探索天然废弃高分子蛋白质材料的回收再利用途径，并为制备一类可降解的生物相容新型医用高分子材料提供理论依据。