胶原蛋白自组装生物功能材料的研究进展(4)

总之，利用胶原蛋白自组装技术研发患病或受损器官和组织的高性能有效替代材料仍然是组织工程的研究热点。

2.2 靶向给药材料

目前，药物的靶向递送是微纳结构技术发展的最前沿。通过微纳结构粒子递送药物的目的是减少对健康组织的间接损伤，延长该药在指定位置的时效性，最后希望这些颗粒在完成任务以后能自然降解，药物被加载在这些粒子上不会带来任何潜在的系统性副作用[50]。常用的靶向给药材料有纳米金、聚苯乙烯等，这类材料不具有理想的生物相容性和生物降解性。也有研究使用石墨烯、碳纳米管等碳材料，这类碳材料在使用过程中是否会对机体造成潜在伤害，目前仍存在很大争议。然而，胶原蛋白自组装材料抗菌性能好、机械强度高、生物相容性好，使用安全、无毒，是用于靶向给药的理想材料。胶原蛋白自组装材料用于靶向给药的制备思路是：①采用模板自组装法将胶原蛋白涂覆在相应的模板上，进而自组装成高度有序的结构，然后通过模板塌陷形成空穴，用以药物的靶向递送，通过控制膜的厚度实现药物的缓释。OMORPHOS等[51]采用层层自组装法制备的胶原蛋白微粒可用于基因、药物或生长因子等的靶向性递送和癌症的治疗，这种微粒利于正常细胞的生长。②采用原位自组装法和诱导自组装法制备环境响应性胶原蛋白水凝胶[33]，在溶液状态下包载药物，注射到机体后再形成高度有序的结构，到达目标组织后实现药物的控释。③采用人工设计合成胶原蛋白肽，用诱导自组装法制备胶原蛋白肽笼[39]，实现药物的靶向递送，到达目标组织后，再利用可逆组装，对药物进行可控缓释。

总之，胶原蛋白自组装体具有利于细胞、组织生长的结构，又有优异的生物活性和低细胞毒性，是理想的靶向给药材料。

2.3 光、电、声特异传导功能材料

利用胶原蛋白自组装技术使生物材料具有高度有序、图案化的微纳结构，能够优化微小型传感器、生物载体和微型光学元件等的性能、响应速度、成本和能耗。目前，胶原蛋白自组装材料用于制作生物传感器、心脏起博器、人工晶状体等。在胶原蛋白自组装过程中引入镧系离子、钆离子、铁离子等多种金属离子，通过对基材的修饰，形成高度有序的构造单元，使材料获得光、电、磁、力等独特性能，同时使材料保持生物活性，将成为胶原蛋白自组装领域的研究热点。例如，可以在胶原蛋白自组装过程中将镧系离子（Ln3+）引入辅助组装，形成功能材料。这种材料不仅具有天然胶原蛋白周期性带状特征，而且由镧系离子介导的自组装是完全可逆的，从而使材料具有优异的发光特性。这种方法制备的发光纳米材料在细胞成像、医学诊断和荧光支架细胞培养等方面具有较大的应用潜力[52]。

总之，利用胶原蛋白自组装技术使新材料实现结构有序化、图案化，制作方法简便、结构多样、重复性好、经济可行。新材料在生物医学领域具有良好的应用前景。今后，利用胶原蛋白自组装技术设计制造特异传导功能材料的研究将成为发展 趋势。

3 结语及展望

胶原蛋白自组装生物功能材料具有优良的生物相容性、可生物降解性和弱抗原性，在生物医学领域具有广阔的应用前景。目前，已经有关于胶原蛋白自组装机制的研究报道[53]。但是，由于胶原蛋白分子本身的结构复杂性，因此对于胶原蛋白自组装体的组装机制尚未明确。而且，不同来源、不同大小的胶原蛋白分子对生物功能材料组装过程和性能影响的比较研究还尚未见报道。今后的研究将集中于下列几个方面。

（1）继续开发具有独特性能的新型胶原蛋白自组装功能材料，进一步拓宽应用领域。

（2）探究不同来源、不同分子量的胶原蛋白对材料组装过程和性能的影响，为进一步实现胶原蛋白的可控组装提供参考。

（3）设计有效的测试手段，进一步明确胶原蛋白自组装体的组装机制，用以控制组装体的形貌和尺寸。

（4）继续从动力学和热力学的角度研究胶原蛋白自组装体系的组装行为，为设计新的胶原蛋白自组装材料提供理论指导。

胶原蛋白是构成细胞外基质、结缔组织、韧带、肌腱、皮肤、骨和软骨的重要组成部分，是哺乳动物体内主要的结构蛋白[1-2]。胶原蛋白具有由三条肽链组成的独特三股螺旋结构[3]，是一种天然一维纳米材料[4]。在机体内，胶原蛋白自发组装成有序的胶原纤维和胶原纤维束，进而形成宏观网络结构，胶原蛋白是许多生物组织的结构框架[5-7]，可赋予组织优异的生物力学性能和组织结构多样性[8]。

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