《皮膠原-有機交聯劑反應機理的計算化學研究》是依託四川大學，由張文華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：皮膠原-有機交聯劑反應機理的計算化學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張文華
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
皮膠原蛋白在有機交聯劑作用下，產生奇異的弱作用引起強變化現象，使生皮變成革。本項目採用計算化學和實驗相結合，從穩定性變化的分子結構基礎出發，通過研究如下內容，在分子層次上定量地認識有機交聯劑引起膠原穩定性尤其是熱穩定性突變的根本原因。（1）醛類與膠原交聯反應機理，醛結構因素變化對交聯反應及交聯產物熱穩定性影響（2）基於對噁唑烷類開環水解機理研究，闡明噁唑烷與膠原交聯反應機理，噁唑烷取代基變化對交聯反應及膠原交聯後熱穩定性變化影響；（3）芳香族化合物單獨以及與小分子有機交聯劑結合與皮膠原蛋白作用模式以及膠原結構和熱穩定性變化。通過對兩類分別發生成鍵和非鍵作用的交聯劑作用下的皮膠原蛋白穩定性系統研究，從分子層次認識製革關鍵過程的科學原理，建立交聯劑結構-性能構效關係，探索皮蛋白質轉變的科學規律，同時為無毒、高效交聯劑設計提供理論依據。
結題摘要
本項目採用計算化學和實驗相結合，在分子層次上定量地認識有機交聯劑引起膠原穩定性突變的根本原因。（1）通過對植物多酚-醛-膠原交聯反應機理的研究，闡明了醛在其中的交聯作用。醛與兒茶素、胺基酸殘基反應的HOMO-LUMO能差相近，形成相應的中間體速率相近；但兒茶素-醛中間體的反應活性更高，因此植醛結合鞣中先加植物多酚，再加醛的順序對於形成穩定的三元交聯結構十分重要。（2）以山奈酚、槲皮素、楊梅素、木犀草素和漆黃素為芳環類化合物探針分子，採用實驗與分子模擬相結合，研究了它們與膠原交聯反應機理。研究表明，氫鍵、范德華力和靜電作用力是相互作用的非鍵作用力，其中氫鍵和范德華力較大，這些作用力大小受到黃酮分子結構、溶劑環境的影響。乙醇能顯著放大結構差異較小的黃酮分子的氫鍵作用，從而為膠原纖維套用為吸附分離材料奠定了理論基礎。（3）系統研究了膠原分子在不同pH環境下的穩定性，以及膠原聚集形態及其在鹽作用下的變化。採用分子動力學模擬方法，通過RMSD、RMSF、RDF、迴旋半徑和氫鍵討論了環境pH變化導致膠原結構參數變化的微觀原子圖像。pH對直徑的影響在膠原模型肽N-端更明顯，膠原模型肽主要的構型改變發生在高酸鹼性條件下，在鹼性條件下，膠原模型肽相對於初始結構有更大的偏差。採用原子力顯微鏡觀測了膠原各級結構及典型體外聚集形態，觀察了膠原在NaCl和外力作用下的聚集行為，結果表明，NaCl能使膠原脫水，並誘導膠原聚集成纖維。該作用可以使纖維內鄰近膠原分子相互靠近，同時使纖維間的空隙增大，這有利於鞣劑的滲透和結合。NaCl的這種作用可能是促使皮革形成纖維狀多孔微觀結構的重要原因，而這有助於增強皮革的物理機械性能和具有好的手感。該研究提出的NaCl在浸酸和鞣製過程中的作用機理，對最佳化製革浸酸和鞣製工藝、發展無鹽或少鹽浸酸鞣製技術具有啟發意義。基於對膠原聚集形態的基礎研究，開發了無氨脫灰助劑。本項目的研究成果豐富了膠原交聯反應機理，並在理論研究基礎上，開展了相應的套用研究。
