1、膠原蛋白製備生物醫學材料的特徵
1.1膠原蛋白的生物學性質與功能
膠原蛋白的生物學性質與功能主要表現在:
(1)低抗原性，與其它具有免疫原性的蛋白質相比，膠原蛋白的免疫原性非常低。過去人們曾認爲膠原不具有抗原性，近十年來的研究表明:膠原具有低免疫原性，不含端肽時免疫原性尤其低;
(2)可生物降解性(易被人體吸收);由於天然膠原緊密的螺旋結構，大多數蛋白酶只能打斷膠原側鏈，只有特定的蛋白酶才能使膠原蛋白肽鍵斷裂。在膠原酶的存在下，膠原的肽鍵將逐漸打斷而水解，膠原肽鏈的斷裂隨即造成螺旋結構的破壞，從而膠原將被蛋白酶徹底水解，這就是膠原的可生物降解性，可生物降解性是膠原蛋白能作器官移植材料被利用的基礎。
(3)生物相溶性，是指膠原蛋白與宿主細胞及組織之間良好的相互作用。因膠原蛋白本身就是構成細胞外基質的骨架，膠原分子特有的三股螺旋結構及其交聯形成的纖維或網絡構成細胞重要組成成分，故膠原材料無論是在被吸收前作爲新組織的骨架，還是被吸收同化進入宿主，成爲宿主組織的一部分，都與細胞周圍的基質有着良好的相互作用，表現出相互影響的協調性，併成爲細胞與組織正常生理功能整體的一部分。
(4)細胞適應性和細胞增殖作用，可與細胞相互作用並能影響細胞形態，各種細胞可在體內及體外直接或間接與不同類型的膠原作用，並透過這種作用控制細胞的形態、運動、骨架組裝及細胞增殖與分化;膠原有利於細胞的存活和生長，不僅能促進細胞的增值分化，而且對細胞的分裂機能也有效果;
(5)促進血小板凝聚;膠原纖維一旦與血液接觸，流動血液中的血小板立刻與膠原纖維吸附在一起，發生凝聚反應，生成纖維蛋白，並形成血栓，進而血漿結塊阻止流血，達到促凝血作用。
(6)力學性能;天然膠原緊密的螺旋結構對高強度的力學性能起重要作用，在生物體中，膠原是爲結締組織提供強度的主要蛋白組分，因而可在廣範圍內滿足肌體對機械強度的要求。
1.2膠原蛋白製備生物醫學材料的特點
前述生物學特性與功能，使得膠原蛋白成爲最有用的生物材料之一，在生物醫學領域具有廣泛用途。因膠原易加工成型，故純化的膠原蛋白可製成許多不同形式的材料，如膜，帶，薄片，海綿，珠體等，但以膜形式應用的報道最多。膠原製備膜用於生物醫學，除具有生物可降解性、組織可吸收性、生物相容性、弱抗原性外，還主要有:親水性強，抗張強度高，具有類似真皮的形態結構，透水透氣性好;高抗張強度和低延展性決定的`生物塑性;官能團多，可進行適度交聯改性，從而可控制其生物降解速度;可調節溶解(溶脹)性;與其它生物活性組分一起使用，具有協同效應;可與藥物相互作用;交聯或酶處理去端肽可使抗原性降低，可隔離微生物，有生理活性，如有血凝作用等優點。同時也存在以下缺點:膠原的分離純化及加工處理複雜，分離的膠原交聯密度、纖維大小等具有多樣性。酶解膠原速度多變，條件難於控制;且純膠原乾燥後質地脆，成膜能力並不強，其膜延展性低，易乾裂，抗水性差，遇水易溶脹，在體內易降解，潮溼環境中易受細菌侵蝕而變質，此外還可能導致一些副反應，如組織鈣化等。故實際應用中，常常透過一定方法將膠原蛋白改性，透過改性避免膠原蛋白製備材料的缺點，提高膠原的拉伸強度及抗降解能力，降低膨脹率，改善膠原的力學性能與抗水性。
2、改性方法
迄今爲止，已見有許多對膠原蛋白改性的報道，其改性的手段主要有:(1)交聯改性法，(2)透過與其它高分子材料共混改性，該法也是膠原基材料製作中常用的方法，以下分別闡述膠原蛋白的這些改性方法的研究現狀。
2.1交聯改性法
指使膠原分子內部和分子間透過共價健結合提高膠原纖維的張力和穩定性的方法。該法又分爲物理方法、化學方法和低溫等離子體法，生物學方法;其中物理方法、化學方法是最常用的交聯改性方法，生物學方法改性膠原蛋白主要在研究有關動物老化的生命現象中涉及，在研製膠原基生物醫學材料中少見報道。
2.1.1物理方法
透過物理手段對膠原蛋白改性有紫外線照射、重度脫水、λ射線照射和熱交聯等方法。膠原溶液如被紫外線等照射，將在分子間產生交聯，粘度增加，生成凝膠。目前常用的紫外線交聯膠原膜的方法是將膠原膜放在鋁箔上，距離254nm紫外燈20cm高度，照射1～5h。前幾年Weadock[3]對紫外線照射的膠原膜進行力學性能和膠原酶試驗表明:交聯膠原膜的萎縮溫度Ts和抗膠原酶解的能力均顯著高於未交聯膠原膜。重度脫水也是膠原蛋白物理改性中常使用的方法，該法是透過脫水導致膠原分子間交聯，從而增加變性溫度，改善膠原的性能。近年有研究者用該法改性了膠原膜，結果表明:改性後膠原膜生物相容性提高，降低了水溶性，影響了膜與成骨細胞的生物相容性[4]。物理方法改性原蛋白的優點是可避免外源性有毒化學物質進入膠原內，缺點是膠原膜交聯度低，且難以獲得均勻一致的交聯。
2.1.2化學方法
化學方法比物理方法改性交聯度高，且能獲得均勻一致的交聯，對調節、控制膠原的各性質均有效。現已廣泛應用於各種化學試劑交聯膠原，以提高其交聯度、力學性能及生物相容性。化學改性法具體又可分爲使用化學試劑交聯、側鏈的修飾、生理活性物的固定化三種方法。化學試劑交聯法中常用的化學交聯劑有戊二醛、己異二氰酸酯、碳化二亞胺、疊氮二苯基磷等，其中戊二醛是目前應用最廣泛的試劑，大量實驗證明:戊二醛能提供有效交聯，但有細胞毒性，且其用量難以控制。故人們一直希望有一種交聯劑，既能用於膠原材料的交聯，形成穩定、生物相容性好的交聯產品，又毒性低，爲了達到這一目的，人們不斷開發着新的交聯劑，近年人們使用的酰基疊氮化物、聚環氧化物或京尼平交聯等，不會引入明顯的毒性，且可獲得理想的交聯效果[5]。所見報道中，多是使用一種交聯劑對膠原蛋白交聯改性，但基於目的不同，也有幾種交聯劑結合使用對膠原蛋白交聯改性的報道，如有研究者爲了解決人工心臟瓣膜晚期鈣化問題，篩選出環氧丙烷化學改性戊二醛處理生物瓣的方法，可明顯減低瓣膜組織膠原蛋白末端遊離羧基含量。動物實驗表明，經改性後的瓣膜組織能保持較好的組織穩定性和機械抗張強度、免疫原性測試爲陰性，符合臨牀應用[6]。側鏈修飾就是對膠原分子側鏈的氨基和羧基進行化學修飾，改善電荷分佈，使膠原獲得新的特性的方法，例如將膠原氨基丁二酰化，可變成負電荷豐富的膠原。與未修飾膠原蛋白相比血小板粘附能，血纖維蛋白形成能都弱，有抗栓性;然而如將膠原羧基甲基化獲得的正電荷豐富的膠原，生理條件下血小板粘附能、活化能都高，生成大量血纖維蛋白，比未修飾的膠原蛋白顯示了更強的血栓性，顯然，側鏈修飾可賦予膠原新的特性。與交聯改性相比，在生物材料領域，利用側鏈修飾對膠原改性所做的工作還較少，今後，除對膠原進行適當的交聯處理改性外，還應考慮透過膠原的化學修飾來進行改性，透過將性質不同的支連結枝到膠原大分子上賦予膠原以新的特性，研製新一代改性材料和開發新的改性方法。生理活性物的固定化是以膠原爲支撐體，將各種生物活性物質固定化後再使用，例如將表皮生長因子和骨形成因子等生物活性蛋白包容於膠原中，它能促進面板組織和骨組織的再生。化學方法雖然可獲得均勻一致的交聯，但存在着引入外源有毒試劑，殘留試劑難清除等缺點，近幾年人們又研究了低溫等離子體技術、輻射引發等交聯改性膠原材料的新方法，一些報道[7～9]表明，低溫等離子體技術改性膠原或膠原複合膜可使材料表面引入不同基團，改變材料表面化學組分和結構，從而改變材料的特性，如使之更具有細胞識別位，提高表面能，改善表面極性等。
2.2其它高分子共混
膠原因其具有優良的生物學性質和功能，在生物材料領域倍受關注，但單獨使用，性能單一，且因有親水性強，在體內易被膠原酶降解等不可避免的弱點限制了它的應用。但如將膠原與其它物理、化學性質不同的合成或天然高分子共混，組成一種多相固體材料，在性能上膠原與其它高分子取長補短，互相補充，既可改善膠原材料的性能，又可製備出單一膠原材料所不具有的許多特性的新材料，從而擴大膠原材料的應用範圍，並向實現發展“理想”生物材料的目標邁進。膠原基“複合材料”的概念由此產生，以下介紹膠原與其它高分子共混形成複合材料的研究現狀。
2.3.1與合成高分子共混