中华网
2025-11-13 11:30:56
生物基材料正引领全球新材料发展的绿色风潮，其“源于自然、用于发展”的特性，已成为各国推进可持续战略与培育新兴产业的关键方向。其中，胶原蛋白及其水解产物——胶原多肽，作为生物基材料的重要组成部分，正日益受到科研与产业界的广泛关注。
胶原蛋白是动物体内含量最丰富的蛋白质之一，目前已发现28种不同类型，常见包括I、II、III、IV、V等。其中，I型胶原分布最广，占哺乳动物胶原总量的80%–90%，主要来源于皮肤、骨骼与肌腱，不仅为组织提供结构支撑，更具备抗氧化、促凝血、辅助控糖等多种生物活性。通过水解与酶解处理，I型胶原可转化为胶原多肽，广泛应用于食品、医药与化妆品三大领域。
在食品行业，胶原多肽凭借其抗氧化与降血糖特性，为开发新型功能性食品打开了新思路;在医药领域，胶原蛋白因其良好的生物相容性、可降解性与低毒性，被广泛用作人造器官骨架与智能伤口敷料，有效促进细胞生长与组织修复;而在化妆品中，胶原蛋白则化身“护肤多面手”——不仅能保湿锁水、抑制黑色素生成，还能加速肌肤代谢、减缓色素沉淀，更通过中和自由基、修复弹性纤维，多通路对抗皮肤老化，助力实现紧致亮白的年轻肤质。
然而，在我国生物基材料产业繁荣发展的背后，一个严峻的挑战不容忽视：当前产业大多集中于中低端产品。首先，原料的“先天差异”是制约胶原蛋白等生物基材料发展的主要原因，在我国，庞大的市场需求与多元的原料来源，导致原料结构性质差异显著。这如同面对品质不一的“面粉”，难以稳定烘焙出顶级的“蛋糕”，直接造成了产品化学接枝率难以精确控制、高端功能难以实现，最终限制了整个产业链的协同发展与升级。
其次，对生物基材料内部“多层次结构”如何决定其最终性能的科学认知，仍有待深化。同时，在反应过程中对生物大分子结构进行的调控技术尚不成熟。这就好比我们虽然拥有了积木，却还未完全掌握其中最精妙的拼搭法则，导致产品性能迈向高端化步履维艰。
最后是亟需一套系统化的产业化共性关键技术。这旨在解决实验室的优异科研成果，与大规模生产出的产品性能、质量不稳定之间的突出矛盾。只有打通从“科学发现”到“市场产品”的最后一公里，才能最终实现代表性高端生物基产品的国产化替代。
对此，我们课题团队在国家科技支撑计划、国家自然科学基金及山东省重点研发计划等一系列重点项目的支持下，成功攻克了基于接枝与结构调控的核心技术，实现原始创新，破解核心难题，打造出完整的自主知识产权技术体系，一举实现了多种高端生物基产品的国产化替代，有力推动了新材料产业的绿色升级，我们的课题项目技术突破主要体现在以下三方面：
精准“裁剪”分子构象 我们首次揭示了胶原多肽的分子构象如何决定其化学反应活性，并据此发明了在溶液中精准调控天然高分子接枝率的技术。这好比掌握了“分子设计”的钥匙，为后续高性能多肽材料的绿色制造奠定了坚实基础。
巧控“界面”与“结构” 我们团队发明了界面自由能-分子构象-堆积结构的协同调控技术。这项技术成功解决了两个关键难题：一是在极薄层面上实现天然高分子的精确搭载，二是对生物基医用材料内部结构的精细调控，从而为制造更先进的医用薄膜与凝胶产品提供了技术保障。
技术跨界应用，打破国外垄断 我们团队将上述突破性技术，灵活拓展至多个高端应用领域：包括生物医用高分子水凝胶、高效能化妆品原料、治理皮革印染高色度废水的环保材料，以及胶原多肽-聚硅氧烷多功能涂层。这一系列产业化成果，成功突破了相关领域的“卡脖子”困境，实现了从技术追跑到关键产品自主可控的跨越。
作者简介
许静，女，三级教授，博士生导师。围绕天然高分子与合成高分子精密合成、精密组装开展研究，原创性构建了胶原多肽二级结构-吉布斯自由能-伯氨基暴露量-环氧聚硅氧烷接枝率-产物组装结构与性能之间的相关性。当前研究集中在结构凝胶构筑、高效精准透皮递送系统研究、胶原分级提取与化学修饰、功能化妆品原料研发等领域。先后主持国家自然科学基金2项、山东省重点研发计划2项、山东省自然科学基金2项以及科研带头人工作室、高价值专利培育项目、科教产重大创新工程项目等7项;以第一作者/通讯作者在JHM、Biomacromolecules等TOP期刊发表SCI论文54篇，其中2篇入选全球ESI高被引论文;授权国家发明专利52件，其中6件专利作价入股710万元，公开PCT专利10件;首位获得山东省技术发明二等奖，中国商业联合会技术发明一等奖、济南市知识产权强省会建设创新大赛优秀发明人奖等奖项6项;指导挑战杯、互联网+、山东省科技创新大赛等高水平学生竞赛荣获国奖、省特等、一等、金奖等，获评省级优秀指导教师称号;荣获优秀共产党员、“百优”学业指导教师，优秀毕业生、优秀学位论文指导教师等称号;主讲《超分子化学》、《有机合成化学》、《有机化学I》等课程，荣获德融课堂“好老师”称号。
齐鲁工业大学(山东省科学院) 许静
