1、毕业 论文文献综述 应用化学 精氨酸接枝改性壳聚糖的制备 壳聚糖（ Chitosan， 简称 CS）是甲壳素脱乙酰基的产物 ， 它是一类生物相容性好 ，可降解 ， 天然无毒的线性多糖生物高分子。甲壳素是动物外骨骼的重要组成部分 ， 尤其是甲壳类动物（如虾蟹）、软体动物（如扇贝）、节肢动物（如昆虫）以及一些真菌（如酵母、霉菌）。所以甲壳素的自然年产量非常大 ， 是一种来源非常丰富的可再生资源。此外 ， 壳聚糖还具有抗菌性能、促进伤口愈合以及止血功能 ， 同时它作为天然高分子絮凝剂 ， 其杀菌作用早已得到人们的认识和利用。基于以上性质 ， 壳聚 糖及其衍生物已经日益引起人们 的 重视 ， 可以广泛
2、应用于农业、食品、化妆品、环境保护等领域 ， 尤其是生物医学工程领域 ， 比如用作组织工程人工皮肤抗菌、抗感染的潜力材料。 一、壳聚糖的结构及性质 甲壳素、壳聚糖的化学结构与纤维素十分相似 ， 不同之处是每个纤维素葡萄糖单元二位 C上的 -OH基团相应地换成了 -NHCOCH3或 -NH2 基团（ 如图 1 所示 ）。 壳聚糖又称聚氨基葡聚糖 ， 学名叫 -(1-4)-2-氨基 -2-脱氧 -葡萄糖 ， 是白色无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体 ， 因原料不同和制备方法不同 ， 相对分子质量也从数十万至数 百万不等 ， 不溶于水和碱溶液。但由于脱乙酰化反应破坏了甲壳素分子结构的规整性 ， 因此
3、 ， 其溶解性能较甲壳素大为改善 ， 化学性质也较活泼。壳聚糖溶于大多数稀酸（如盐酸、醋酸、苯甲酸）生成盐，常被称为可溶性甲壳素。 图 1 甲壳素 、 壳聚糖和纤维素的化学结构式 二、 壳聚糖的化学改性 壳聚糖中含有一级和二级羟基以及 pKa值相当低的一级氨基基团 ， 具有独特的化学1 反应性 ， 可进行许多衍生反应。如：酰基化、酯化、烷基化、磺化、羧甲基化、羟乙基化、季铵化等。还有各种接枝聚合反应 ， 交联反应 ， 重氮反应等。通过上述化学改性 ，分子 链中引入多种官能团 ， 从而获得具有不同功效的壳聚糖衍生物 ， 克服壳聚糖的缺点 ，得到所需要的功能性壳聚糖衍生物。 酰化反应 通过酰化反应
4、 ， 可以在壳聚糖上导入不同的脂肪族、芳香族酰基，其产物在有机溶剂中的溶解性大大改善。壳聚糖的酰化反应在氨基（ N-酰化）或羟基（ O-酰化）上均可进行 ， 而氨基的酰化总是优先进行 ， 更容易些。常用的酰化试剂有酸酐、酰氯。壳聚糖的乙酰化反应 如图 2所示： 图 2 壳聚糖的乙酰化反应 酯化反应 壳聚糖的 C6-羟基能被各种酸和酸的衍生物酯化。常用的酯化试剂有氯磺酸、磷酸、浓硫酸、 乙酸、苯甲酸等。对于壳聚糖 ， 可以同时在羟基和氨基生成酯键。甲壳素硫酸酯还能明显的抑制动脉粥样硬化斑块的形成。 烷基化反应 壳聚糖的单元上有 C3-、 C6-位的羟基以及 C2-位的一级氨基 ， 烷基化反应可以
5、在羟基上进行（ O-烷基化），也可以在氨基上进行（ N-烷基化） ， 氨基有一对孤对电子 ， 具有很强的亲核性 ， 可与多种烃基化试剂反应 ， N-烷基化更易发生。用不同碳链长度的卤代烃进行改性 ， 可得到乙基壳聚糖（ E-CS） ， 丁基壳聚糖（ B-CS）和十六烷基壳聚糖（ C-CS）。引入烷基后 ， CS分子内和分子间的氢键被削弱 ， 所 以烷基化壳聚糖变得易溶于水 ， 但若引入的烷基链太长 ， 甚至会不溶于酸性水溶液 ， 如 C-CS。 醚化反应 壳聚糖的单元上有 C3-羟基及 C6-羟基 ， 可与烃基化试剂反应生成醚 ， 如生成甲基醚、2 氰乙基醚等。常用的醚化试剂有硫酸二甲酯、氯乙
6、酸等。壳聚糖在碱性条件下与硫酸二甲酯反应生成壳聚糖甲基醚 ， 与氯乙酸反应生成羧甲基壳聚糖。它们在化妆品方面有保湿 ， 抗过敏等功能；在环境保护方面 ， 可用于金属离子的螯合 ， 回收金属 ， 纯化水质；在生物医药方面 ， 能够有效抑制口腔细菌 ， 是制作创可贴的有效成分。 三、壳聚糖 的应 用 化妆品方面 壳聚糖是唯一的仿天然的阳离子高分子聚合物 ， 它的成膜性和生物学活性使得它应用范围极广。应用最突出的领域当属化妆品领域。壳聚糖对皮肤能形成透明的保护层 ，具有保湿的效果 ， 还能治疗暗疮 ， 调和皮肤色泽；壳聚糖对头发有亲合性 ， 提高头发柔顺度 ， 减少头发静电；还可用在口腔护理方面 ，
7、 如牙膏和口香糖的添加剂。 食品方面 由于壳聚糖的安全性 ， 降解产物无毒 ， 可被用作食物保鲜剂、食品抗氧化剂、果汁澄清剂、脱色剂、食品防腐剂和功能性甜味剂等。最突出的当然是壳聚糖用作食品的保护膜 ， 不仅可食用 ， 还能抑制细菌、霉菌的生长，起到防腐 保鲜的作用。 环境保护方面 壳聚糖及其衍生物具有很高的螯合金属离子 ， 吸附金属离子的能力 ， 所以常常被用作废水中贵重的金属离子的捕集剂。设计具有更多螯合位点的壳聚糖衍生物具有应用价值 ， 比如添加羰基或羧基等螯合金属离子的位点。 纳米壳聚糖还可以用作水的消毒剂 ， 以过滤膜、海绵、储水箱的表面涂层等形式作为水的抗菌剂。它具有抗菌活性高 ，
8、 抗细菌、病毒、真菌范围广 ， 对人体和动物无毒的优点。 生物材料方面 壳聚糖制作的手术缝合线能加速伤口愈合 ， 能被组织降解并吸收而无须拆线。壳聚糖具有良好的止血和促进伤口愈合的作用 ， 可用作 各种形式的止血剂和伤口愈合剂 ， 如粉末、液体和多种可再生成形用品（无纺布、海绵、膜及普通肠线）等。 壳聚糖具有抗癌作用。肿瘤细胞转移扩散需要层粘连蛋白 ， 它序列的一部分是Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg（ YIGSR）多肽 ， 抑制了血管生成 ， 阻断肿瘤细胞的生长。 壳聚糖还可用作药物载体。壳聚糖具有一些生物制药方面的有利特性 ， 如 pH敏感性、生物相容性和无毒性；它可以被人体的酶溶解
9、 ， 尤其是溶解酵素；它在水溶液中带有正电性 ， 可以与带负电的生物大分子等聚阴离子作用。 3 组织工程方面 壳聚糖衍生物由于具 有生物相容性好 ， 生物降解速度与新组织生成的速度相吻合 ，无毒性和无免疫原性等特性 ， 所以被广泛地应用于组织工程 ， 目前可用来做皮肤、骨、软骨、肝脏、神经、血管的替代物。 四、存在问题 虽然壳聚糖可以衍生出众多物质 ， 但其中绝大多数却没有在实践中得到应用 ， 究其原因主要有以下几点： 生产甲壳素及壳聚糖的小厂由于生产加工工艺控制不严等，造成了严重的环境污染。 不同原料应当采取不同的加工工艺 ， 否则就会造成原料能源的浪费及产品的低下和不稳定等问题。 甲壳素及
10、壳聚糖的成本太高 ， 这就直接限制了它的广泛应用。另外 ， 壳聚糖不能直接溶于水 ， 且易发生酸催化水解反应 ， 在一定程度上限制了其推广应用。 产品本身也存在一定的问题。甲壳素或壳聚糖类减肥产品可能会导致人体损失溶酯性的维生素 ， 并且阻碍人体对某些药物（比如避孕药）的吸收；摄入壳聚糖的同时服用维生素 C， 会导致血浆中维生素 E的含量迅速降低等等。 五、展望 近年来 ， 壳聚糖化学改性的方法也越来越多 ， 通过改性可以提高壳聚糖的水溶性 ，并拓宽其应用范围 ， 制备水溶性壳聚糖依然会是今后的研究热点。 壳聚糖因其特殊的结构特征、理化性质及多重的生理药理效应 ， 使得它在医药领域的研究和应
11、用越来越广 ， 特别是在药物控释、组织支架材料和抑菌等方面 ， 相关产品的开发和利用日益朝产业化发展。随着壳聚糖研究技术的不断提高 ， 壳聚糖在医药领域的应用价值会得到更大的体现 ， 并将创造出巨大的经济价值和社会价值。 参考文献 1 朱敦皖 ， 张海玲 ， 柏金根 ， 刘文广 ， 冷希岗 ， 宋存先 ， 杨健 ， 李晓卫 ， 金旭 ， 宋丽萍 ， 刘兰霞 ， 李秀兰 ， 张杨 ， 姚康德 . 精氨酸修饰壳聚糖提高基因转染效率的研究J. 科学通报 ， 2007， 52(18): 2199-2205. 2 唐杰斌 ， 赵传山 .壳聚糖的制备及改性 J. 江苏造纸 ， 2009， (1):33-3
12、8. 3 周锡梁 ， 杨飚 ， 林妙佳 ， 蒙绮芳 ， 邱志源 ， 柳岗 ， 氨基酸的应用与开发 ， 深圳大学4 学报 (理工版 )， 1999， 16(4): 70-75 4 黄岳山 ， 赵修华 ， 吴效明等 ， 氨基酸类聚合物材料及其在药物控释系统中的应用 ，中国医药物理学杂志 ， 2003， 20(1): 39-42 5 张海玲 ， 朱敦皖 ， 杨健等 . 壳聚糖修饰对细胞摄入和细胞毒性的影响 J. 中国医学科学院学报 ， 2006， 29(4): 486-491 6 Masters K S. Pharmacologically active materials for localize
13、d nitric oxide therapy. Ph.D. Dissertation. Rice University, USA, 2002 7 Jun H W, Taite L J, West J L. Nitric Oxide-Producing Polyurethanes. Biomacromolecules, 2005, 6 (2): 838-844 8 Putnam D, Langer R. Poly(4-hydroxy-L-proline ester): Low temperature polycondensation and plasmid DNA complexation. M
14、acromolecules, 1999, 32: 3658-3662. 9 Godkey W, Wu K, Mikos A. Poly(ethylenimine)-mediated gene delivery affects endothelial cell function and viability. Biomaterials, 2001, 22: 471-480. 10 Choksakulnimitr S, Masudas S, Tokuda H, Takakura Y, Hashida M. In-vitro cytotoxicity of macromolecules in different cell-culture system. J. Control. Rel., 1995, 34: 233-241. 11 Baxter S, Zivanovic S, Weiss J. Molecular weight and degree of acetylation of high-intensity ultrasonicated chitosan. Food Hydrocolloid 2005, 19, 821-830.
