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明胶的性质

发布日期:2020/11/19 14:16:35

明胶是一种肽分子聚合物质,是由胶原部分水解而得到的一类蛋白质,与胶原具有同源性,但两者由于制备工艺的差异,造成它们在结构和性能上存在较大差异。胶原具有棒状三股螺旋结构,其相对分子质量大约为30万,分布窄,而明胶的相对分子质量从几千到十万,分布很宽。胶原在其水解制备明胶的过程中,三螺旋结构发生分离和断裂,形成由不同氨基酸组成的非均匀多肽混合物。明胶既具有酸性又具有碱性,是一种两性物质,其胶团带电,在电场作用下,它将向两极中的某一级移动。明胶分子中有大量的羟基,另外还有许多羧基和氨基,这使得明胶具有极强的亲水性和反应活性。明胶所表现出来的一些良好的理化性能,以及在成本上的优势,使其在医药工业、临床医学和临床治疗等领域有着广泛的应用。

1.凝胶化

当组成胶团的各种蛋白质链借助于侧链互相缔结时,将形成一个不溶性的固体点阵,这就是凝胶。明胶溶液可形成具有一定硬度、不能流动的凝胶。当明胶凝胶受到环境刺激时会随之响应,即当溶液的组成、pH值、离子强度发生变化和温度、光强度、电场等刺激信号发生变化时,或受到特异的化学物质刺激时,凝胶就会发生突变呈现出相转变行为。这种响应提示了凝胶的智能性的存在。根据明胶凝胶化所具有的智能性,可以利用明胶制作仿生智能材料。

2.表面活性

由氨基酸构成的多肽链存在着亲水区和疏水区,因而明胶和一些表面活性剂一样具有适当的表面活性。研究表明,明胶溶液的表面张力与其浓度、温度、pH值等因素有关。在明胶溶液浓度为1%或1%以下、温度为10~45℃,在溶液形成少于1小时的界面上进行测定,发现在pH=2~3之间其表面张力最大,而最小表面张力则出现在等电点处。研究还指出,表面张力在30℃以下随温度而直线下降,在30~40℃之间下降更为急剧,在40℃以上时随着温度的不断增高而进一步下降,其下降速率比纯水的要大。凡出现老化的地方,表面的张力一般会随时间而下降。

3.胶体与乳化性质

明胶是一种有效的保护胶体,可以阻止晶体或离子的聚集,用以稳定非均相悬浮液,在水包油的分散体药剂中作为乳化剂。

4.生物性能

4.1生物相容性

生物相容性是生物材料能否应用于临床的关键因素之一。评价一种生物材料的生物学性能,主要看材料与机体的相互作用,包括材料反应和宿主反应。明胶是一种天然的高分子材料,其结构与生物体组织结构相似,因此具有良好的生物相容性。

4.2生物降解性

生物可降解高分子材料一般用于生物体内,作为非永久性植入材料,它在发挥作用之后能被活体吸收或参与正常的代谢而被排出体外,同时其降解产物对生物体无毒。相应于损伤部分的治愈情况,可降解材料必须具有相应的降解速度。明胶作为一种天然的水溶性的生物可降解高分子材料,其优点就是降解产物易被吸收而不产生炎症反应。在应用明胶的可降解性时,经常对其进行化学修饰,调控其降解速度以适应不同的需要。

5.黏度

黏度反映了微小的纤维状肽链分子溶解并分散在水中时因相对运动而产生的内摩擦力。对于稀溶液来说,由于体系中分子数极少,内摩擦力几乎为零,其所表现出的黏度反映了多肽链体系平均分子量的大小。因此,在固定温度、pH等的条件下,稀溶液的黏度测定主要用于测定明胶体系的平均分子量。而在浓溶液的情况下,其黏度主要是由明胶分子之间的流体力学的相互作用所引起的。在明胶浓溶液的浓度范围内,影响黏度的主要变量是温度、pH值和所加的盐类;此外,明胶的平均分子量和分子量分布也影响到明胶的黏度。明胶浓溶液的黏度在等电点(IEP)pH下处于最低值,而在盐溶液加入时,所有pH值下的溶液黏度均相应地降低。

6.等电性

在我们日常的讨论和论述中常常将等电点(IEP)和等离子点(pI)的概念混用,这是因为同一个产品其等电点和等离子点在数值上差别不是太大,对明胶的应用影响不大,但实际上这是两种不同的概念。据徐文达称:根据定义,等离子点是指一种大分子的胶体分子在不含其它的可电离分子的状态下溶于水时的pH值,因此等离子点是与胶体大分子的浓度有关;而等电点是指胶体大分子溶解于一定组成的缓冲溶液中不发生电泳时此缓冲溶液的pH值,这表明等电点与缓冲溶液的离子强度有关。他还指出,用离子交换法实际上是去除掉明胶分子以外的其它离子,因此测出的结果是等离子点;而用等电聚焦法测得的结果则是等电点。据报道,酸法猪皮明胶的等电点一般在pH7.5~9的范围内,而碱法明胶的等电点在pH4.8~5.0范围内。这两种不同工艺制得的明胶相混合使用时会出现不相容的现象,如乳剂分层、透明度降低、凝聚等等,因此在混胶时要注意胶的等电点及使用时的pH。