胶原蛋白材料

本书全面介绍了有关胶原蛋白和胶原基材料的基础知识和应用实例，尤其对重组胶原蛋白在分子设计生产及其在生物医药和组织工程等领域中应用的研究进展作了详细论述。本书在力求全面、系统地反映胶原蛋白材料相关基础知识技术以及国内外研究进展的同时，着重介绍了重组胶原蛋白的生物制造技术，以及具有良好生物学相容性的重组胶原材料在生物医学领域中应用的研究进展。

《胶原蛋白材料》是“优选化工材料关键技术丛书”的一个分册。本书全面介绍了有关胶原蛋白和胶原基材料的基础知识和应用实例，尤其对重组胶原蛋白在分子设计生产及其在生物医药和组织工程等领域中应用的近期新研究进展作了详细论述。全书分为两部分。第一～七章对构建生物材料所用的胶原的特征与类型、降解、性质与鉴定进行详细论述，对生物法合成的重组胶原蛋白的发展、分类、特点及表征进行概述，重点介绍了重组胶原蛋白的生物制造过程。第八章和第九章为重组胶原材料的构建方法及其在生物医用材料领域的应用，主要内容包括重组胶原材料的修饰、交联方法与制备技术，重组胶原基生物医用材料的生物功效及其生物相容性等。本书在力求全面、系统地反映胶原蛋白材料相关基础知识以及国内外近期新研究进展的同时，着重介绍了重组胶原蛋白的生物制造技术，以及具有良好生物相容性的重组胶原材料在生物医学领域中应用的近期新研究进展。 《胶原蛋白材料》可供生物、医药、化工、材料等相关领域的科研人员和工程技术人员使用，也可供相关专业的师生参考与阅读。

范代娣，西北大学二级教授、博士生导师，西北大学化工学院院长、生物医药研究院院长，国家重点研发计划首席科学家，生物材料国家地方联合工程研究中心主任，陕西省生物材料与发酵工程“四主体一联合”工程中心主任，陕西省可降解生物医用材料重点实验室主任，陕西省化工学会生物化工专业委员会主任。曾入选首届中国化工学会会士、“国家特支计划”领军人才、新世纪“百千万人才工程”重量人选、国务院特殊津贴专家、全国三八红旗手、科技部“创新人才推进计划”、陕西省高层次人才特殊支持计划“杰出人才”等荣誉。 主要从事生物大分子重组胶原蛋白及天然活性产物的生物制造、生物医用材料、预防医学和营养医学等方面的研究。长期开展从基础理论、原创技术、分子设计、功效发现、生物安全性实验、产品开发到产业化的全链条的研究。先后主持了国家重点研发计划、国家高技术产业化示范工程、国家“863计划”和国家自然科学基金重点项目等多项重量计划。在Biomaterials、Chemical Engineering Journal、Bioactive Materials等国际知名期刊上发表SCI论文240余篇，出版专著及教材7部。获授权发明专利75件，转让及实施22件，专利技术和相关医用产品在空军总医院、协和医院、西京医院等国内数千家医院得以广泛应用。 以第一完成人获国家技术发明奖二等奖1项（2013年）、中国专利金奖1项（2016年）、陕西省优选科学技术奖1项（2020年）、陕西省科学技术奖一等奖3项（2011年、2017年和2021年）和中国石油和化学工业联合会技术发明奖一等奖1项（2016年）。获“全国首届创新争先奖”（2017年）、“闵恩泽能源化工奖杰出贡献奖”（2015年）、中国化工学会“侯德榜化工科技成就奖”（2014年）等奖励。

第一章 绪论 001
第一节 胶原 002
第二节 胶原的制备与合成 003
第三节 胶原的应用 006
第四节 技术展望 007
参考文献 013

第二章 胶原的特征与类型 015
第一节 胶原的氨基酸构成 016
第二节 胶原的结构 021
一、一级结构 021
二、二级结构 022
三、三级结构 022
四、四级结构 023
第三节 胶原的类型与分组 025
一、胶原的类型 025
二、胶原的分组 035
参考文献 041

第三章 胶原的合成降解、性质与分析鉴定 045
第一节 胶原的生物合成与降解 046
一、胶原的生物合成 046
二、胶原的生物降解 050
第二节 胶原的性质 053
一、胶原的物理性质 053
二、胶原的化学性质 063
三、胶原的生物学性质 069
第三节 胶原的定量分析与鉴定 070
一、胶原的定量分析方法 070
二、组织中胶原的定量分析方法 073
三、可溶胶原的鉴定 074
参考文献 079

第四章 重组胶原蛋白概述 081
第一节 重组胶原蛋白的发展 082
第二节 重组胶原蛋白的分类 085
第三节 重组胶原蛋白的特点 088
第四节 重组胶原蛋白的表征 089
一、重组胶原蛋白的理化性质表征 089
二、重组胶原蛋白的结构表征 090
参考文献 094

第五章 原核体系重组胶原蛋白的生物制造 097
第一节 重组类人胶原蛋白细胞工厂的构建 098
一、重组类人胶原蛋白表达系统的构建 099
二、ptsG基因敲除对表达重组类人胶原蛋白CF-5的影响 103
三、分子伴侣对表达重组类人胶原蛋白CF-5的影响 113
第二节 重组类人胶原蛋白的发酵调控与过程优化 116
一、菌株BL21 CF-5生长和表达过程的优化 116
二、重组类人胶原蛋白的高密度发酵研究 130
第三节 重组类人胶原蛋白的分离与纯化 149
一、重组类人胶原蛋白的粗提 149
二、重组类人胶原蛋白的纯化 156
三、重组类人胶原蛋白CF-5内毒素的去除 163
参考文献 171

第六章 真核体系重组胶原蛋白的生物制造 175
第一节 重组人胶原蛋白细胞工厂的构建 176
一、重组人胶原蛋白基因序列的特征 176
二、重组人胶原蛋白表达系统的构建 178
三、重组人胶原蛋白的羟基化修饰 179
四、重组人胶原蛋白表达菌株的摇瓶优化 183
第二节 重组人胶原蛋白的发酵调控与过程优化 188
一、重组人胶原蛋白高密度发酵工艺研究 188
二、重组人胶原蛋白发酵动力学建模 191
第三节 重组人胶原蛋白的分离纯化 198
一、重组人Ⅰ型胶原蛋白α1链的分离纯化 199
二、重组人Ⅲ型胶原蛋白α1链的分离纯化 201
参考文献 205

第七章 重组胶原蛋白理化性质及生物学性质表征 207
第一节 重组胶原蛋白的理化性质 208
一、原核体系表达的重组胶原蛋白的理化性质 208
二、真核体系表达的重组胶原蛋白的理化性质 211
第二节 重组胶原蛋白的生物学性质 215
一、重组胶原蛋白的生物学活性 215
二、重组胶原蛋白对皮肤疾病的作用 222
三、重组胶原蛋白与金属元素的螯合性质 228
参考文献 235

第八章 重组胶原蛋白材料构建技术 239
第一节 重组胶原蛋白交联方法 240
一、物理交联法 240
二、化学交联法 242
三、生物交联法 247
四、重组胶原蛋白交联度的评价方法 249
第二节 重组胶原蛋白定点化学修饰方法 251
一、氨基酸定点修饰 251
二、其他官能团定点修饰 252
第三节 重组胶原蛋白材料制备技术 254
一、重组胶原蛋白水凝胶材料制备技术 254
二、重组胶原蛋白海绵材料制备技术 256
三、重组胶原蛋白纤维材料制备技术 258
四、重组胶原蛋白薄膜材料制备技术 263
五、重组胶原蛋白微球与颗粒材料制备技术 263
六、重组胶原蛋白涂覆材料制备技术 265
七、其他胶原蛋白材料制备方法 269
第四节 重组胶原蛋白材料灭菌技术 271
一、物理灭菌方法 271
二、化学和其他灭菌方法 272
三、朊病毒的灭活 273
参考文献 273

第九章 重组胶原基生物医用材料 279
第一节 重组胶原蛋白水凝胶材料 280
一、创伤修复水凝胶材料 281
二、组织填充水凝胶材料 291
第二节 重组胶原蛋白骨修复材料 309
一、硬骨修复材料 309
二、软骨修复材料 316
第三节 重组胶原蛋白血管支架材料 322
第四节 重组胶原蛋白皮肤支架材料 327
第五节 重组胶原蛋白止血材料 333
参考文献 336

索引 340