医生的助手
拿破仑战争时期,法国人虽然未能研究出明胶代肉的方法,却发现了明胶在医药领域的新用途。1834年,法国药剂师弗朗索瓦・莫特制造出明胶胶囊,这是世界上最早的明胶空心胶囊专利。
“最初的胶囊”就是在一个皮革袋中充满溶有水银的浓缩明胶溶液,冷冻并干燥后,将看似胶囊的明胶薄膜从皮革袋上剥落。这些胶囊使药物更容易被服用,而且第一次使药物免受热、冷和湿度等外界环境影响。如此一来,药物口服从此不再有苦味。
后来者居上,美国反倒成了明胶胶囊生产的领头羊。1897 年,位于美国印第安纳波利斯的Eli Lilly公司将粉末或颗粒状药物填充到非常薄的、有两部分构成的硬明胶胶囊中。1913年,这家公司又发明了全球第一台自动生产硬明胶胶囊机。
约在1930年,一个更伟大的发明彻底改革了软胶囊的生产:罗伯特・舍雷尔(Robert P.Scherer)发明了一台自动连续生产软胶囊的机器,该发明迅速席卷世界。由此,明胶也可以用于其他药物,例如,它可用于口腔崩解片和微胶囊,防止其中药物成分受光照和氧气的影响。
明胶在药物生产上的价值远大于此。它具有高相容性和低过敏性,是药物体系最理想的组分。也正由于它的这些特殊性能,明胶被应用于医学各个领域。
例如,从1940年开始,明胶海绵成为外科手术中必不可少的止血剂。有趣的是,历史上,明胶早已有类似应用:在公元3世纪,中国和日本曾把明胶用于止血。
而在紧急医疗中,以明胶为基料的物质可以被用来替代或增稠血浆。或许是因为伤员对于血浆的急需,这项研究开始于第一次世界大战期间,到第二次世界大战即成功地大规模应用。
如今,明胶在医药中的应用约占总产量的15%~20%。在医疗上,明胶是止血剂,也是碘及矾中毒的解毒剂。它与相应药物配伍,能治疗血友病、紫斑病、出血性紫斑病、婴儿黑粪、咯血、胃出血、肠出血、血尿、婴儿下痢、慢性肠炎、动脉石灰化等病症。
药用胶囊
明胶具有成膜性,因此在药物制造上,明胶是制造硬胶囊和软胶囊壳的主要材料,同时还可制造蚁醛明胶和甘油明胶等。胶囊制剂由胶囊壳和内封药物组成,具有生物利用度高、药剂贮藏稳定以及密封安全等诸多优点,是目前保健品和药品的主要包装形式之一。
硬胶囊壳由高凝胶强度的纯明胶制成。软胶囊以中等凝胶强度的明胶和甘油为原料组成,将油类或对明胶无溶解作用的液体药物或混悬液封闭于球形或椭圆形的软性胶囊中制成的。
蚁醛明胶是外科敷料、防腐剂、胶状伤药。甘油明胶是油膏底剂、软膏、硬膏、外科探条及塞药、涂剂、显微镜片的包衣等。
血液替代品
现代医学中,紧急缺血状况下,可使用明胶的稀释液作为血浆的代用品。
近年来,临床常用的有脲联明胶和琥珀明胶两种溶液,琥珀酰明胶是目前广泛应用于临床的血浆代用品,现在新兴的明胶代血浆主要有聚明胶肽和多聚明胶肽。
明胶作为血液替代品时,其优点是无特异抗原性、分子量大、可以保持胶体的特性、在体内无蓄积、可参与体内代谢以及大量输入无毒性反应等。
明胶不但可作血液的替代品,而且也可以用于手术中补充血量及血压。陈仁军等学者在解决剖宫产腰麻联合硬膜外麻醉时所致的低血压时,在麻醉开始时注射多聚明胶肽(多聚明胶肽是一种由牛的动物胶制成的代血浆,其渗透压和黏稠度与人体血液相似),结果表明多聚明胶肽能有效预防低血压等不良反应。
止血材料
将灭菌后的明胶搅打至发泡,再用甲醛等处理可以制备止血海绵。止血海绵可以用作外科手术的局部止血剂,或者作为药物敷料,在特定部位作组织治疗。
包衣片、缓释材料
以明胶为原料可制备水凝胶、脂质体、包衣片、微胶囊、纳米微球等缓释药物制剂和靶向药物制剂,可以有效提高药物的利用率,降低毒副作用、延长药物作用时间。
创伤敷料
明胶的特性,也常应用在创伤敷料上。
明胶是胶原经温和断裂后的产物,因而保留了胶原大部分性能,且又由于降解赋予了它新的性能――具有促进细胞粘附和生长的性能,与生物组织具有良好的亲和性,而且具有活化巨噬细胞和止血功能,因而可以用来制造创伤敷料。
改写影印历史
如果没有明胶,摄影的历史将完全不同。
法国人路易・雅克・达盖尔(Louis Jacques Mande Daguerre,1787-1851)发明了照片影印的“银版照相”术,完成了摄影术的决定性突破。但是,这种技术有些复杂,很难操作。而且,它仅仅适用于独特的制版和摄影场合。由于价格高,它的应用仅仅局限于能担负起其费用的业余爱好者之中。
半个世纪之后,明胶的应用使摄影不再复杂,由此开始普及。1880年由明胶感光乳剂涂布的可现成使用的干燥照相版投入使用。在此基础上,人们发明了照相底片。而摄影的最终普及是在1888年乔治・伊士曼发明了著名的“柯达1号相机”。
这台照相机用胶卷代替了传统照相版,这让摄影爱好者用更优惠的价格便可以照出好的照片。曝光和感光胶片中不可或缺的一部分是胶片上覆盖的高品质明胶层。这些明胶要求绝对纯净且在黏质和结构上是完全均一的。很多感光工业公司,如柯达公司,设置了专门的明胶生产车间,并且很快开始和照相(感光)明胶公司联合。
明胶使产品涂布成均匀的薄膜,可控制卤化银结晶,明胶中存在的微量化合物能直接影响卤化银颗粒的感光度。明胶在感光胶片制造中的多功能性质是其他任何一种合成聚合物所无法比拟的。
由于感光胶片对明胶质量要求较高,因此用于照相工业的是质量最好的牛骨明胶。
19 世纪末20世纪初,德国和法国开始从事感光明胶的生产。接下来的发展使两种工业的结合更加紧密,至少在各地区。例如,1921年,乔治・伊士曼与大西洋彼岸的海因里希(Heinrich Stoess)在长期合作后,在德国埃伯巴赫(Eberbach――创立第一家美德合资企业――Odin工厂,该工厂向柯达提供感光明胶。
当时,柯达最大的竞争者也不甘示弱,爱克发公司(Agfa)与DGF(Deutsche Gelatine Fabriken AG)公司签约,由后者向其提供所有感光明胶。事实上,早在1964年,爱克发已经开始独自生产明胶。
后来,爱克发完全收购了Koepff和Sohne公司,至2000年,爱克发所需部分明胶由其位于德国海尔布隆的工厂生产。
柯达和爱克发为了明胶较劲之时,恐怕没有意识到,他们签字的所有文件也都用到了明胶。
当时文件的复制都是用复写纸,这种“新型”纸张源自19世纪60年代NCR公司的巴雷特・格雷(Barrett Green)和施莱歇尔(Schleicher)的一项发明。
他们在明胶和阿拉伯胶反应的基础上,发明了一种微胶囊――把各种特殊染料包覆在微胶囊中,然后涂抹在将要写字的纸背面,钢笔或打字机键的压力使胶囊破裂,释放出无色的墨汁,而涂抹在复印纸正面的特殊物质可以使墨汁显现,于是文字就神奇地印在纸上了。
在明胶的帮助下,人们结束了“黑手指”时代,不必再用手誊写文件了。
时至今日,工业明胶的应用领域远不止于此。在造纸工业,明胶一直作为纸张的表面施胶材料,提高纸张的干、湿强度及抗摩擦能力,同时提高纸张表面光泽度和质量,减少墨水和油的渗透程度。
此外,明胶的吸油性可用于回收地面泼溅的油,明胶的吸水性可用于农业杀虫剂的可控缓释体系。用明胶、淀粉、海藻胶质、角藻胶作为壳材料,做成高浓度的胶囊型洗涤剂,具有良好储藏性、除垢作用和生物降解作用。
藏身化妆品
在美容领域,明胶同样无所不在。
明胶与维生素物质配合使用,可制成营养、护肤美容、抗皱等化妆品。比如说,柜台上畅销的防皱美容霜,便可由明胶与维生素E配合制成。
而在“微整形”流行的时代,明胶在医学美容中亦有用武之地。明胶可制成复方针剂作皮下注射,用以使皮肤皱纹消失而变得平滑。
明胶软胶囊和微胶囊也广泛地用于化妆品,如防皱霜胶囊、护肤霜胶囊、润肤油胶囊、爽口液胶囊、改善呼吸胶囊、沐浴泡沫胶囊、口红胶囊、牙膏胶囊等。
许多化妆品添加剂也可以微胶囊形式,被加入各种化妆品中,比如胶冻、膏霜、洗液、乳液、浴液、香波等。
明胶何以受到化妆品厂商的青睐,在于其良好的保湿性能。保湿剂有助于在干燥的空气中保持皮肤角质层正常的水分,防止皮肤因水分不足而产生皱裂、粗糙等。因此,将明胶的保湿功效更好地应用于护肤品生产中成为化妆行业研究的热点之一。
可以说,化妆品的吸湿保湿性能与配料的亲水基团的种类和数量有关,明胶亲水基团(不考虑肽键)的种类主要是氨基、羧基、少量的羟基等,亲水基团含量大的,吸湿性强。
日本还有用不溶于水的N-酰化明胶包裹化妆品的报道,它既阻止了颜料与皮肤的直接接触,又具有保湿作用。
如今,明胶的新研究不仅有望惠及美容人士,更可能为需要假肢的残障人士和机器人研究带去希望。
有研究用动物的表皮、外壳或分泌物(例如,蚕丝)为原料进行降解处理,精制成水解明胶(胶原蛋白),再与水溶性的合成或半合成高分子成膜物质、护肤药品以及助剂等进行复配,制成胶状物质,涂在皮肤表面便可产生一层似皮非皮的仿生薄膜,称之为仿生皮肤。
阮光锋系中国农业大学食品科学与营养工程学院营养与食品安全专业硕士研究生加拿大华人网 http://www.sinoca.com/
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