殼聚糖及衍生物課件

殼聚糖及衍生物的應(yīng)用

北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院林強(qiáng)

linqiang@

2015.4

一.殼聚糖的研究背景chitosan

殼聚糖是由海洋中蝦殼、蟹殼中的甲殼素，經(jīng)過脫乙酰反應(yīng)得到的天然生物材料

殼聚糖的結(jié)構(gòu)（chitosan）、性質(zhì)殼聚糖是含有氨基的多聚糖，一般高分子量殼聚糖不溶于水?？扇苡谝宜崴芤?。殼聚糖分子量在十幾到二十萬左右。殼聚糖無毒、可生物降解、生物相容性好。在食品、醫(yī)藥、化妝品等方面應(yīng)用前景廣闊5甲殼素和殼聚糖的提取和制備蝦、蟹殼漂洗脫鈣及無機(jī)組脫蛋白質(zhì)及脂肪脫堿、漂洗水洗、烘干甲殼素產(chǎn)品濃堿處理水性、烘干殼聚糖產(chǎn)品二殼聚糖及衍生物制備及生物活性甲殼素的提?。河?～6wt％的HCl溶液重復(fù)浸泡脫鈣24h以上去除礦物質(zhì)；然后用NaOH溶液在115oC保溫6h，再通過離心和洗滌脫出蛋白質(zhì)。除礦物質(zhì)和脫蛋白質(zhì)的過程反復(fù)進(jìn)行，直到除去所有的無機(jī)物和蛋白質(zhì)，得到甲殼素。最終產(chǎn)物的乙酰度可能會比原料略低，因為在處理過程中除去了部分乙?；?/p>

殼聚糖的制備

最常用的方法是異相反應(yīng)。在強(qiáng)堿溶液（40~50wt％NaOH）、135oC、氮氣保護(hù)下反應(yīng)3h。脫乙酰反應(yīng)開始非?？?，但是在反應(yīng)完成以前會減慢和停止。阻礙反應(yīng)進(jìn)行的原因是由于在脫乙酰過程中，C3位上的乙?；土u基的重排。殼聚糖也可以由酶催化脫乙酰，這樣能提高脫乙酰度。但是對于酶的選擇必須十分謹(jǐn)慎，因為很多酶同時會降解高分子。低聚殼聚糖（殼寡糖）由10個以下氨基葡萄糖聚合而成的低聚糖生物活性：1.提高免疫2.抗氧化3.抗腫瘤4.調(diào)節(jié)腸道有益菌群酸降解和氧化降解由于產(chǎn)品相對分子質(zhì)量分布較寬、降解時間長或存在其它副反應(yīng)等缺點，而使其應(yīng)用受到限制。專一酶沒有工業(yè)化生產(chǎn)，價格昂貴，非專一性酶活性有限，產(chǎn)品分子流量相對較大。H2O2與纖維素酶聯(lián)合降解產(chǎn)物產(chǎn)品與原料的紅外光譜圖復(fù)合酶法制備殼寡糖氧化化法最佳工藝條件下的產(chǎn)品４h纖維素酶法最佳工藝條件下的產(chǎn)品6h篩選出的1號復(fù)合酶，5h篩選出的2號復(fù)合酶，5h氨基葡萄糖及鹽生物活性1.舒緩因關(guān)節(jié)炎引起的疼痛、僵硬和腫脹2.強(qiáng)化軟骨結(jié)構(gòu)，預(yù)防關(guān)節(jié)功能失效3.潤滑關(guān)節(jié)及維持關(guān)節(jié)功能氨基葡萄糖鹽酸鹽藥物N-乙酰氨基葡萄糖在臨床上是治療風(fēng)濕性及類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的藥物。它也可以作為食品抗氧化劑及嬰幼兒食品添加劑，糖尿病患者甜味劑。主要用于臨床增強(qiáng)人體免疫系統(tǒng)的功能，抑制癌細(xì)胞或纖維細(xì)胞的過度生長，對癌癥和惡性腫癌起到抑制和治療作用；對于各種炎癥，能起到有效的治療，對骨關(guān)節(jié)炎及關(guān)節(jié)疼痛也有治療作用。殼聚糖化學(xué)改性粉劑精制的殼聚糖細(xì)粉（150μm）可用于制備粉劑，能明顯促進(jìn)傷口愈合。難溶性藥物如灰黃霉素、苯妥英、苯巴比妥、及消炎痛等與殼聚糖細(xì)粉共同研磨，可減少藥物結(jié)晶顆粒，提高其溶解性和生物利用度。顆粒劑用殼聚糖與相關(guān)藥物制成顆粒劑，可改善口服制劑在胃腸尤其在胃內(nèi)的滯留時間，以提高藥物的生物利用率。如用殼聚糖與消炎痛制成一種新型的緩釋顆粒，含藥50%，體外溶出試驗表明，藥物釋放是緩慢的，而且?guī)缀跏峭耆?。殼聚糖緩釋制劑各種殼聚糖基質(zhì)緩釋材料體系殼聚糖微球的緩釋機(jī)理藥物從殼聚糖微球體系緩釋主要有三種不同機(jī)理：從粒子表面緩釋；從溶脹的橡膠態(tài)基材擴(kuò)散；從聚合物基材的溶蝕緩釋。殼聚糖表面大量親水基團(tuán)粘附蛋白質(zhì)。殼聚糖本身糖苷鍵緩慢水解帶動藥物釋放，表面積分子量影響釋放速度。藥物在殼聚糖凝膠內(nèi)擴(kuò)散速度明顯慢于水溶液中。殼聚糖負(fù)載環(huán)丙沙星微球載藥微球表面有許多微孔，隨著LVF/CS增大，微球表面逐漸被藥物所覆蓋。殼聚糖膠束阿霉素納米膠束自組裝過程殼聚糖納米粒納米級聚合物粒子通常是指直徑在10-500nm的膠體粒子。殼聚糖納米粒特點：藥物包封率高穩(wěn)定性強(qiáng)釋藥時間長活性組分(藥物、生物活性材料等)通過溶解和包覆位于粒子內(nèi)部，或者通過吸附和附著作用位于粒子表面。.殼聚糖的改性殼聚糖含有羥基和氨基能進(jìn)行各種化學(xué)改性，從而改變殼聚糖的性質(zhì)，如增強(qiáng)抑菌性、增加水溶性、增強(qiáng)保濕性、改善表面活性、增加抗氧化活性、制備智能緩釋材料，總之通過殼聚糖改性能賦予殼聚糖多種強(qiáng)大功能。常見殼聚糖改性或載體殼聚糖季銨基團(tuán)接枝負(fù)載金屬或氧化物磺化、磷酸化負(fù)載天然活性物質(zhì)羥乙基化烷基化

1.N-烷基化反應(yīng)或O-烷基化反應(yīng)

羧甲基殼聚糖制備,提高了水溶性和抑菌性。具有良好的成膜性

2.羧甲基殼聚糖表面活性劑的合成

（1）用脂肪醛進(jìn)行N-烷基化

（2）用鹵代烷進(jìn)行烷基化羧甲基殼聚糖表面活性劑性質(zhì)碳原子個數(shù)增加，表面張力下降羧甲基殼聚糖表面活性劑性質(zhì)白色或淺黃色固體。C16-CMCS可以在CMC下，表面張力可降低至34.72mN/m。起泡性不高，泡沫穩(wěn)定性較好。C16-CMCS乳化力最好，高于吐溫60起始值高達(dá)近70%且其乳化力的穩(wěn)定性也較好。C4~C16-CMCS的HLB值在3~14之間3.殼聚糖與谷氨酸的反應(yīng)

生成的N-酰基化合物具有良好保濕性和水溶性。還可以與天冬酸、各種酸酐反應(yīng)4.N-羧基化，殼聚糖與乙醛酸的反應(yīng)5.O-羥丙基化反應(yīng)6.HPCS表面活性劑合成

R可以是C4—C167.與縮水甘油反應(yīng)，生成的化合物具有良好的保濕性8.二羥丙基殼聚糖DHPCS合成殼聚糖基表面活性劑，可以調(diào)節(jié)R的碳數(shù)得到不同HLB值表面活性劑不同碳數(shù)HPCS與吐溫-80乳化能力比較二羥丙基殼聚糖DHPCS表面活性劑性質(zhì)不同碳數(shù)的DHPCS表面活性劑的cmc為0.016~0.04g/L?？山档偷淖畹捅砻鎻埩?2.73mN/m。C4~C16-DHPCS的HLB值在11~15之間Cn-DHPCS類表面活性劑的乳化性能高于吐溫80C4~C16-HPCS的起泡性均表現(xiàn)良好。泡沫穩(wěn)定性FVS值最高可達(dá)到96%左右，此類表面活性劑可以用來做泡沫穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑被加以應(yīng)用9.N-季銨鹽化，制備多陽離子聚合物10.2-羥基-3氯丙磺酸鈉合成11.殼聚糖磺酸鈉表面活性劑合成12.N取代羧甲基殼聚糖抑菌劑制備

13.

N,N,N-三甲基殼聚糖碘化銨的合成

具有良好的且具有良好的保濕

性能，還可用作殺菌抑菌劑、乳化劑、抗靜電劑、洗滌劑、分散劑、勻染劑

14.水溶性陽離子殼聚糖

可以通過膠束負(fù)載活性成分，有良好的生物相容性和生物降解性

GTMAC15.殼聚糖磷酸化

促進(jìn)牙周組織再生，促進(jìn)鈣吸收，促進(jìn)表皮細(xì)胞生長，仿骨材料。

16.殼聚糖磺化反應(yīng)

具有類肝素作用，水溶性好，具有良好抑菌活性，激活表皮細(xì)胞、提高免疫能力等

17.殼聚糖-AgO微粒抗菌膜抑菌膜的抗菌活性

18.殼聚糖-環(huán)糊精微粒合成和應(yīng)用前景，可以負(fù)載活性物質(zhì)和保護(hù)不穩(wěn)定性物質(zhì)。

殼聚糖-環(huán)糊精微粒SEM照片

五.殼聚糖其他重要應(yīng)用1.生物醫(yī)學(xué)材料人造骨、人造皮膚、心臟支架、手術(shù)防粘連紙張、手術(shù)縫合線等。殼聚糖人造骨組織殼聚糖人造纖維復(fù)合殼聚糖支架材料殼聚糖人造皮膚2.殼聚糖抑菌材料水果保鮮、衛(wèi)生材料3.環(huán)保材料吸附廢水中重金屬、染料、有機(jī)物4.人造纖維內(nèi)衣、紡織品、膜材料等5.農(nóng)業(yè)應(yīng)用提高植物抗逆性的生物農(nóng)