基本信息
- 项目名称：
- 海洋鱼类胶原蛋白开发深加工产品——纳米纤维材料
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 项目综合利用鱼皮、鱼鳞，将污染环境的废弃物进行有效加工处理，首先得到高附加值的新型胶原蛋白产品。并可进一步通过静电纺丝技术得到海洋胶原蛋白复合纳米材料。项目产品可广泛应用于食品、化妆品及医疗卫生等广大领域。
- 详细介绍：
- 本课题通过新技术集成与学科整合，对海洋水产品加工废弃物进行高值综合产业化开发，研制开发出具有自主知识产权、切实可行的水产加工废弃物高值化转化的技术路线。 项目综合利用鱼皮、鱼鳞，将污染环境的废弃物进行有效加工处理，并得到高附加值的新型胶原蛋白产品，可广泛应用于食品、化妆品及医疗卫生等广大领域。积极响应党和国家领导人在十七大报告中提出的可持续发展战略及对环境加大保护力度的倡议意见。对于我国未来合理利用资源的有效发展起着积极带头及模范作用。 项目核心产品是获得具有力学性能较好、亲水性适中、含水条件下易于塑形、宜于进行内部器官的构建、不易被体内及新生细胞产生的胶原酶降解、能够与组织细胞生长繁殖的速度相匹配等特点的能作为组织工程使用的海洋胶原蛋白复合纳米材料。 基于此项研究通过优化静电纺丝（电纺）技术参数，制备海洋鱼类胶原蛋白复合纳米纤维医用材料，可广泛用作人工皮肤、伤口敷料、组织支架、外科手术防粘连膜和导管等并附有海洋活性新型止血功能的高附加值组织工程产品。其中更加入同样具有自主知识产权的电触杀纳米高价银氧化物颗粒，使材料具有较好的抗菌效果。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和基本思路： 项目综合利用鱼皮、鱼鳞，将污染环境的废弃物进行有效加工处理，并得到高附加值的新型胶原蛋白产品，进一步通过静电纺丝技术得到海洋胶原蛋白复合纳米材料，可广泛应用于食品、化妆品及医疗卫生等广大领域。 创新点： 1．首创研制成基于海洋水产加工废弃物来源的胶原蛋白作为食品、化妆品及医疗卫生领域用原材料的综合产品体系。 2．应用静电纺丝技术创新性研制成组织工程相关的海洋鱼类胶原蛋白复合纳米纤维生物医用材料及其生产的工艺条件和标准。 3．研制成具有临床应用价值的纳米骨修复支架与新型止血海绵产品及其评价标准。 4. 加入电触杀纳米高价银氧化物（Ag4O4）颗粒，成品具有较好抗菌效果。 技术关键： 1．各项工艺参数规模化的协同优化。2．建立影响海洋鱼类来源的胶原蛋白多元一体体系。3. 建立和优化海洋鱼类胶原蛋白复合体系电纺丝制备纳米纤维的参数。4. 研制成一类具有纳米材料特性的海洋鱼类胶原蛋白组织工程纤维材料，并使之达到美国材料与试验协会ASTM标准。 主要技术指标： 1.化学组成：复合材料胶原蛋白基体相50%～70%。2.纳米纤维成型方法：电纺。3.热稳定性：高于纯胶原10℃ 。4.制成品对代型的收缩量：<0.3%。5.抗张力：提高20%。6.生物医学相容性：无菌、无热原、溶血率小于5%、无致敏反应、无短期全身毒性反应、无急性全身毒性反应、Ames试验为阴性、无细胞毒性。
科学性、先进性
- 科学性： 课题在对海洋水产加工废弃物组成全面分析的基础上，综合利用独特的脱脂、脱灰、脱色、脱腥技术，采用离心沉降、错流过滤分离固液成分、盐析沉淀、双水相萃取、超临界萃取、分子蒸馏等技术对产品进行精制纯化。 先进性： 1、国内外有应用陆生的哺乳动物胶原蛋白与其它无机物或大分子有机物螯合成纳米材料的报道，而应用海洋鱼类胶原蛋白为原料制成纳米纤维的食品到生物医用各级原料未见文献报道。 2、国内外以鱼类废弃物为原料研制成的生物医用材料级胶原蛋白尚未报道。 3、国内外有关综合利用大宗海洋鱼类加工废弃物开发高附加值产品的技术未见系列研究。 本研究应用大宗海洋水产废弃物开发系列高值化产品与生物医用材料的产业化项目，具有创新性与重要的经济、生态、社会意义。
获奖情况及鉴定结果
- 本项目已得到中国科学院院士、中国工程院院士推荐，申请项目专利（一种海洋生物抗菌纳米纤维及其制备方法），上海水产研究所推荐与上海浩源生物科技有限公司达成初步合作意向并获军队医药卫生科技查新项目报告。 （具体内容请见附件）
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 实物、图片、样品、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 鱼胶原蛋白具有安全性好、纯度高、分子量小、人体易吸收的特点，利用此特点研制成一类具有纳米材料特性，力学性能、透水气性、渗透性、表面性质、生物降解性和生物相容性好的海洋鱼类胶原蛋白组织工程纤维材料，在医药工业领域里，用于创面和外科手术的止血等，具有十分广阔的应用前景。 市场分析： 本项目根据目前我国水产加工业的相对落后及水产加工废弃物利用率低，资源浪费严重的情况，加快发展和提升水产加工技术，特别是水产品的精深加工技术。对推动海洋水产养殖可持续发展和水产精深加工、建立水产循环节约型经济具有重要意义。 经济效益： 海洋水产加工废弃物的综合利用是一项循环利用海洋水产资源的项目，既为社会节约资源又为企业创造经济效益。形成具有自主知识产权和技术创新开发海洋水产加工废弃物的技术，将鱼鳞、鱼皮等废弃物开发利用为医药、化妆、保健品等行业的优质材料，对推动海洋水产养殖可持续发展和水产精深加工、建立水产循环节约型经济具有重要意义。
同类课题研究水平概述
- 近年来，由于皮的来源受制革工业的影响;加之疯牛病、口蹄疫等传染性疾病的发生和流行，人们对来源于陆生牲畜的胶原蛋白安全性产生了怀疑。不少发达国家已经禁止使用从牛皮和牛骨中提取的胶原蛋白。同时，陆生牲畜来源的胶原蛋白在信仰伊斯兰教、回教等地区的应用受到限制。 为此，本课题组将关注的焦点转向了尚未进行有效产业化开发的海洋动物胶原。可以预测，来源于海洋水产品加工废弃物中的胶原蛋白由于其独特的性质而将成为组织工程用新颖生物医用材料。应用海洋鱼类来源的胶原蛋白进行组织工程用生物材料的研究，不仅可借鉴陆生动物胶原的研究方法和研究经验，而且本课题组通过初步研究发现水产加工废弃物中提取的胶原蛋白含有丰富的甘氨酸8%）、脯氨酸（12%）及羟脯氨酸（9%），并具有典型的α-三螺旋结构。而利用海洋鱼类加工废弃物制备高质量的胶原蛋白生物医用材料的研究报道甚少。我们正是在原有研究的基础上，通过新技术和多学科组合，攻克该领域 的制高点。 本研究小组充分认识到鱼类胶原蛋白作为组织工程生物材料应具有力学性能好、亲水性适中、含水条件下易塑形、利于内部器官的构建、不易被体内及新生细胞产生的胶原酶降解、潮湿环境中不受细菌侵蚀、能够与组织细胞生长繁殖的速度相匹配等优点，已掌握了通过对鱼类胶原蛋白进行改性和复合的技术，有望提高其性能。 用于组织工程细胞支架的制备方法主要包括：纤维黏结、溶剂浇铸/粒子沥滤、乳化/冻干、气体发泡、相分离、自组装、快速成型（rapid prototyping）和静电纺丝 (简称电纺, electros pining)方法和技术,其中相分离、自组装和电纺可用于以制备纳米级细胞支架。尤其是生长因子、细胞调控因子甚至活细胞；而且制备的支架具有较高的孔隙率和较好的孔道连通。通过调节加工参数，电纺纳米纤维的孔隙率可达90%左右，能够满足细胞生长对材料孔隙率的要求，由纳米纤维层层堆积而成的结构也确保了支架具有良好的孔道连通性。这些都为细胞的生存提供了良好的微环境，有利于细胞的粘附、分化、增殖和分泌。 本课题组通过研究，已经构建了以陆生动物胶原为主要基元的几种三元体系，并利用电纺技术成功获得了其中一种体系的纳米纤维，下一步，以海洋鱼类胶原替代其中的陆生动物胶原，利用电纺技术进行纳米纤维的制作，通过技术参数的修正应该是能够实现的。
