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胶原是普遍存在于生物体内的具备独特的三螺旋结构特征的大分子结构蛋白。因为具备良好的生物相容性、低免疫性以及易降解性,普遍用于功能性食品以及生物医学材料等领域。纤维重组是胶原最重要的分子行为,在适当的温度、p H值和离子强度等条件下,胶原单分子在氢键、疏水力作用下自发的有序聚集构成纤维结构。与胶原单分子相比,胶原纤维具有更好的热稳定性和机械性能。为了进一步提升胶原材料的固有性能,实现功能多样化,常采用其他功能性小分子或者聚合物对胶原侧链进行接枝改性的方法实现胶原材料结构和性能的调控,以便更好的顺应实际生产生活的需要。然而,侧链接枝改性往往会导致胶原固有的纤维重组性能丧失,如何通过侧链接枝改性提升胶原材料性能的同时,保留其纤维重组性能无疑具有重要的科学意义。本论文采用N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺对胶原进行接枝改性,并将研究聚焦于丙烯酸接枝改性胶原的体外纤维重组研究,一方面,通过调节丙烯酸接枝改性胶原的接枝密度,实现其体外纤维重组;另一方面,通过天然胶原诱导的方式实现高接枝密度丙烯酸接枝改性胶原的体外纤维重组,并采用巯基化纳米金标记结合电镜观察的方式验证改性胶原与天然胶原共组装纤维产物的形成,主要研究内容如下:(1)首先,开展接枝密度对丙烯酸接枝改性胶原纤维重组行为的影响。以草鱼皮酸溶性胶原(ASC)为原料,在碱性条件(p H为8.2)下,分别按照N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺(NHS-AA)和胶原ε-氨基摩尔比分别为2、10、20、40,将NHS-AA加入天然胶原溶液中,低温(4℃)反应8 h后透析纯化得到丙烯酸接枝改性胶原(AA-g-Col),采用TNBS法测定其接枝率分别为:19%、31%、54%、68%。圆二色谱研究表明,不同接枝率的改性胶原具有与天然胶原类似的谱型结构,说明接枝密度不会影响胶原的三螺旋结构完整性。由差示扫描量热法(DSC)数据可知,随着接枝密度的提高,改性胶原的三螺旋热解离温度稍有降低,其原因为胶原侧链ε-氨基的丙烯酰化引起链间空间位阻增加导致。浊度实验表明,与天然胶原相比,AA-g-Cols均表现出更长的成核期和增长期。随着接枝率的提高,AA-g-Cols的成核期和增长期结束时间明显后移,且AA-g-Col(68)不具备自组装性能;氯胺T比色法研究表明,AA-g-Col(19)、AA-g-Col(31)、AA-g-Col(54)的纤维重组程度分别为75±4%、63±2%、17±4%,均低于天然胶原的纤维重组程度(87±5%),AA-g-Col(68)无纤维重组产物形成。流变学频率扫描模式研究表明,天然胶原、AA-g-Col(19)、AA-g-Col(31)、AA-g-Col(54)的弹性模量(G′)均高于其粘性模量,表明这些体系均为凝胶态。AA-g-Col(68)体系的G′′高于G′说明为溶液态。在纤维形貌方面,透射电镜可观察到天然胶原和接枝改性胶原纤维重组所得纤维的D周期长度无明显差别,而扫描电镜可观察到改性的胶原纤维粒径变小,这可能是因为接枝密度的增加使得纤维重组能力下降而导致。(2)天然胶原诱导丙烯酸接枝改性胶原体外纤维重组研究。以草鱼皮酸溶性胶原(ASC)为原料制备高接枝密度的丙烯酸接枝改性胶原(AA-g-Col),采用TNBS方法测定其接枝率为72%。圆二色谱研究表明丙烯酸接枝改性不会影响胶原三螺旋结构的完整性。将AA-g-Col与天然胶原共混后在适宜条件下启动共组装。通过浊度可观察到曲线呈分段式曲线,我们推测在该过程中首先是天然胶原与AA-g-Col的共组装形成杂化纤维,该阶段中AA-g-Col的参与程度高于天然胶原;当AA-g-Col消耗完后,天然胶原会继续组装形成纯胶原纤维。DSC图像中也可观察到将AA-g-Col分子和天然胶原纤维简单共混时有两个吸收峰,而AA-g-Col/天然胶原共组装纤维产物只有单峰,这侧面说明杂化纤维的形成。由于AA-g-Col具有丙烯酰官能团,而天然胶原分子表面没有,因此共组装纤维表面也会存在丙烯酰官能团,而天然胶原纤维表面不存在丙烯酰官能团。因此,采用巯基化纳米金颗粒与丙烯酰官能团间的Michael加成反应而实现标记,从而提供杂化纤维形成的直观证据。首先,通过柠檬酸盐还原法制备粒径均一的纳米金颗粒,用己二硫醇修饰纳米金颗粒后用乙硫醇封闭金表面避免非共价键吸附,获得巯基化纳米金颗粒。将纯天然胶原体系和AA-g-Col/天然胶原共混体系进行共组装后分离得到纤维化产物,并分别与巯基化纳米金反应,离心纯化后采用TEM观察,结果表明,两个体系中的纤维均具备明显的D周期结构,但是AA-g-Col/天然胶原杂化纤维表面具有明显的纳米金颗粒,而天然胶原纤维表面没有,从而直接证实了AA-g-Col/天然胶原杂化纤维的形成。