胶原蛋白自组装生物功能材料的研究进展(2)

总之，利用模板自组装法使胶原蛋白在自组装过程中与其他功能物质发生协同作用，使材料获得高度有序的结构特征，从而获得理想的应用性能。

1.2 原位自组装法

胶原蛋白原位自组装法主要利用化学交联反应在合成与组装微纳结构材料中巧妙的调控作用，得到多功能组装体。与其他自组装法不同，原位自组装法并不是通过次级作用力（静电引力、疏水作用等）形成网状结构，而是依靠分子链间的共价键形成高度有序的网状结构，这种组装结构更稳定、结构可控性更高、反应时间更短、成本更低。

BEAK等[33]利用原位组装法制备了胶原蛋白-聚丙烯酰胺互穿网络（IPN）聚合物水凝胶。如图2所示，在原位自组装过程中，胶原蛋白和聚丙烯酰胺两种不同的网络结构通过胶原蛋白分子中胺基和丙烯酰胺分子中的乙烯基之间的Michael加成反应形成互穿网络结构，提高了水凝胶的生物相容性、溶胀率和力学性能。结果表明，原位自组装法制备的胶原蛋白-聚丙烯酰胺互穿网络聚合物水凝胶的溶胀率与弹性模量之间没有相关性，水凝胶性能优异、结构可控、操作简单。

图2 胶原蛋白–聚丙烯酰胺互穿网络凝胶的微观结构示意图[33]

PUTTAWIBUL等[34]采用原位自组装法冻融杂交制备的水凝胶作为半月板组织工程支架，先采用冻融法制备高分子量的聚乙烯醇，然后与胶原蛋白混合，再冻融制备水凝胶。聚乙烯醇分子中的羟基与胶原蛋白分子中的羰基相互作用，聚乙烯醇和胶原蛋白杂化形成具有粗糙表面的多孔网络结构，制备的水凝胶保持了聚乙烯醇和胶原蛋白的生物特性，将原位自组装法和冻融法结合可以进一步提高水凝胶溶胀率、力学性能和回收利用率。GIRAO 等[35]用氧化石墨烯（GO）与胶原蛋白自组装制备多孔网状支架。氧化石墨烯纳米片边缘的含氧官能团与胶原蛋白分子肽链上的氨基相互作用形成多孔网状结构。胶原蛋白使新支架具有良好的生物相容性和稳定性，不会对机体产生免疫毒性。这种方法为制备生物活性支架提供了新思路。IMPARATO等[36]通过一种自下而上的组装方法制备了真皮等效组织支架，可以通过调节甘油醛和明胶（Mw=）的交联度控制支架的力学性能和降解率。这种方法制备的材料能够重现体内细胞和细胞外成分之间复杂的动态平衡，可作为专用体外疾病模型用于人体生理学的研究。

总之，胶原蛋白原位自组装法可以根据需求对组装体结构进行调控，提高材料的力学性能、延缓降解速率，并保持胶原蛋白的生物活性，消除材料的免疫毒性，这种方法广泛用于胶原蛋白水凝胶的制备。

1.3 定向自组装法

定向自组装法是通过外形识别或自选性胶体等来实现微元件在相应基板上的定向和定位，进而完成微元件的组装。与其他自组装法相比，定向自组装法简单快捷，能形成单分散结构，并能组装成管状、螺旋状、球状、花朵状和碗状等多种结构，对组装结构的可控性最强。

SAN等[37]用自组装技术将胶原蛋白模拟肽（CMP结构见图3）通过外形识别定向结合到纳米金颗粒表面。如图3所示，两种纳米金粒子（10nm和20nm）易于吸附相反极性的胶原蛋白模拟肽，进而组装形成有序聚集体。人工合成的胶原蛋白模拟肽质量可控，结构明确。将胶原蛋白模拟肽吸附到纳米金颗粒表面，可以有效防止纳米金粒子的聚集和控制相邻胶原模拟肽之间的三螺旋折叠。合成的胶原蛋白模拟肽-纳米金材料对高度特异性的变性胶原蛋白具有靶向性，可以用于安全无害、选择性的去除蛋白试剂和药物中的明胶。这种方法可用于医用诊断材料的设计、制备。

图3 胶原蛋白模拟肽-纳米金材料（CMP-NPs）组装示意图[37]

CHOI等[38]采用旋涂定向自组装法将 (单宁酸/支化聚乙烯亚胺)n/(二甲基二烯丙基氯化铵/木质素)m多层膜和胶原蛋白相互作用制备多功能水凝胶。胶原蛋白和单宁酸（TA）通过氢键和疏水相互作用形成组装体。高度有序的结构使水凝胶机械强度更高、稳定性更好并具有优异的抗菌性能，可作为阿霉素等抗癌药物的缓释剂。这种方法被用于抗癌药物的设计。

总之，胶原蛋白定向自组装法通过定向识别、旋涂等手段调控组装结构，操作方法简单。但是，定向自组装法在操作过程中一定要合理控制组装速度，组装速度过快，会出现很多缺陷和裂缝；组装速度过慢，会出现分层结构。

1.4 诱导自组装法

诱导自组装法是通过流体、电磁场等介质诱导形成高度有序的组装体，赋予组装体特定的功能。与其他自组装法相比，诱导组装法具有结构可调、过程可逆的特点，胶原蛋白在诱导自组装过程中不会引入其他有毒材料，避免自组装材料遭受污染，是目前最安全的组装方法。

文章来源：《金属功能材料》 网址: http://www.jsgncl.cn/qikandaodu/2021/0303/402.html