1、壳聚糖水溶胶的制备与应用摘要：壳聚糖是一种聚阳离子的生物二聚体，具有良好的组织相客性、生物可降解性和粘附性，在医学、生物学领域得到了深入的研究和广泛的应用。温敏性壳聚糖甘油磷酸钠是一种pH值中性的、在室温或低于室温时可长期保持液态、温度迭体温时可凝胶化的材料，有望成为药物，尤其是生物大分子制荆的载体和细胞支架材料。该文介绍了温敏性壳聚糖水凝胶的制备、特性、机制和应用等方面的研究进展。关键词：壳聚糖；水凝胶；制备；应用一、 壳聚糖水溶胶的制备1、壳聚糖壳聚糖(chitosan)是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D 葡萄糖
2、这种聚阳离子的生物二聚体主要通过对几丁质脱乙酰基获得。而几丁质则主要来 自虾、蟹 的外壳口。由于来源广泛，无毒性、具有良好的组织相容性、生物可降解性 和粘附作用等，该材料在医学、生物学领域得到了深入研究和广泛应用。壳聚糖在中性和碱性环境下不溶解。Singer 等发现使脱乙酰度为 85 的壳聚糖溶解的最高 pH 值为 62，超过此值就会出现水凝胶样沉淀。2、壳聚糖水凝胶的制备壳聚糖可通过化学和物理的方法交联制备成水凝胶。2 1 化学交联化学交联主要是通过化学交联剂反应形成三维结构，但交联剂一般都具有生物毒性，因此在应用前要尽量去除剩余的交联剂单体。.Wang 等用戊二醛交联制备聚乙烯醇壳聚糖半互
3、穿网络水凝胶，讨论了交联的机理、成键过程(西夫碱) 。水凝胶形成过程中，西夫碱是通过壳聚糖的氨基和戊二醛的醛基反应生成的。加入聚乙烯醇(PVA) 是为了增强水凝胶的机械性能。吴国杰等将壳聚糖分别与聚醚、聚乙烯醇通过交联剂戊二醛制备聚醚一壳聚糖水凝胶和聚乙烯醇一壳聚糖水凝胶，并对它们的溶胀性能和机械性能进行了研究。Mahdavinia 等将丙烯酸和丙烯酰胺加入到壳聚糖中，以过硫酸钾(KPS)作为基本引发荆，亚甲基二丙烯酰胺(MBA)作为交联剂制成水凝胶，研究了该水凝胶的结构和溶胀性能。Chen 等制备了 Genipin-N，O-羧甲基壳聚糖( NOCC) 海藻酸钠水凝胶。Genipin 是一种自
4、然发生的交联剂，比戊二醛具有明显低细胞毒性，并能在形成水凝胶过程中更少地形成半互穿网络结构。Ji nghong 等将线形羧甲基壳聚糖(CMCS) 和 N 一异丙基丙烯酰胺(PNIPA)通过无机黏土交联得到一种新型温敏性和 pH 敏感性半互穿网络水凝胶。这种通过黏土交联的半互穿网络水凝胶至少能延长800，且能即时完全地恢复。化学交联法也有不加化学交联剂的，如 Baran 等将淀粉氧化生成聚醛，然后与壳聚糖通过还原性烷烃化交联形成水凝胶，研究讨论了淀粉含量对水凝胶性能的影响。2 2 物理交联物理交联的水凝胶是通过缠结点、微品区等物理结合方式形成的，避免了使用有毒的化学交联剂，因此在生物材料方面的应
5、用前景会更大。目前最常用的物理交联方法有以下几种。221 紫外光光致交联shin 等将聚乙烯醇( PVA) 、聚二甲基硅氧烷复合物和壳聚糖通过 2，2 一二甲氧基一 2 一苯基乙酰苯作为光引发剂在紫外光照射下交联形成水凝胶，研究了壳聚糖含量和在不同缓冲溶液中对水凝胶溶胀行为的影响。Kim 等利用 UV 照射制备聚乙烯醇壳聚糖互穿网络水凝胶。Lee 等通过光致交联得到聚( 丙烯酸忖乙烯基吡咯烷酮) 壳聚糖水凝胶。222 辐射交联Shim 等通过伽玛射线辐射交联制备壳聚糖丙烯酸水凝胶，研究了不同比例的壳聚糖和丙烯酸及辐射强度对水凝胶的影响。红外分析和电镜扫描表明，壳聚糖丙烯酸的溶胀性能取决于离子化
6、氨基和羧基通过伽玛射线辐射交联的程度。Shi 等用钴伽玛射线辐射交联壳聚糖聚丙烯酸形成水凝胶；王胜等以聚乙烯醇(PVA)和羧甲基壳聚糖(CMch)为原料，采用 60Co-r 射线辐照交联制备聚乙烯醇羧甲基壳聚糖(PVACMCh) 水凝胶；Hong Cai 等将移植了 N_异丙基丙烯酰胺的壳聚糖通过 60Co- a 射线辐射制得温敏性水凝胶。223 反复冷冻-干燥Cerchiara 等将壳聚糖分别与十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸和十八烷酸通过冷冻一千燥的物理交联形成水凝胶。3.智能型壳聚糖水凝胶智能水凝胶是对外界环境( 如温度、pH、离子强度、电场、光和特异化学物质等)细微变化而作出响应的一类水凝
7、胶。其对外界的响应一般表现为凝胶体积的突变，呈现体积相转变行为。壳聚糖交联制备的水凝胶对温度或 pH 值具有敏感性。3 1 温敏性壳聚糖水凝胶温敏性水凝胶是指其体积能随温度变化的高分子水凝胶。陈欢欢等23通过对壳聚糖的化学交联和聚乙烯醇(PVA)的物理交联作用来提高壳聚糖甘油磷酸体系的凝胶密度和凝胶强度，形成互穿网络结构体系，并在甘油磷酸盐作用下形成具有温度敏感水凝胶，同时发现该水凝胶能在体温下能迅速成胶。通过交联剂进一步强化后的互穿网络体系结构更致密，机械强度好。Fourier 用红外光谱证明凝胶中存在交联剂和壳聚糖形成的 Sclliff s 键经 PVA 和化学交联后的温敏凝胶具有更紧密的
8、结构，在原位温敏性可生物降解植入剂应用领域具有发展潜力。Molinaro 等研究了壳聚糖-b-甘油磷酸酶水凝胶，因其在 37能发生溶液一凝胶转变，可作为可注射生物材料。A.E.Mochalova等分别以亚甲基二丙烯酰胺和戊二醛为交联剂制备了壳聚糖丙烯酰胺和壳聚糖聚乙烯基吡咯烷酮水凝胶，并研究讨论了这两种水凝胶在 0350K 的热力学性质和水凝胶含水率的变化。32 pH 敏感性壳聚糖水凝胶pH 敏感性水凝胶是其体积随环境 pH 值变化的高分子水凝胶。这类凝胶大分子网络中具有可解离成离子的基团( 羧基、磺酸基或氨基)，它们根据环境 pH 值变化夺取或释放质子。袁金芳等以壳聚糖(CS)、L-天冬氨酸
9、(ASP)和戊二醛 ( GA) 为原料，合成了具有pH、离子强度敏感性的壳聚糖水凝胶 CS-GA-ASP，研究了交联剂含量、pH、离子强度对水凝胶溶胀率的影响。结果表明，水凝胶在酸性溶液中溶胀率最大，在中性溶液中溶胀率最小；水凝胶在不同 pH或不同离子强度的溶液中交替放置时，表现出良好的溶胀一退胀可逆性。还有些新型的壳聚糖水凝胶同时具有温敏性和 pH 敏感性。33 电敏感性壳聚糖水凝胶Kim 等用 2，2 一二甲氧基一 2 一苯基乙酰苯( DM- PAP)和亚甲基二丙烯酰胺(MBAAm)作为引发剂和交联剂反应制备壳聚糖聚丙烯酰胺互穿网络(IPN)水凝胶。重点研究了该 IPN 水凝胶对电场的反应
10、，IPN 的溶胀率随着 NaCL 浓度的升高而降低。将在 NaCl 溶液中溶胀的 IPN 放于一对电极之间，IPN 在电场作用下发生弯曲，同时 IPN还在电刺激下发生逐步弯曲的行为。Kim 等3435还通过紫外光辐射制备了聚乙烯醇( PVA) 壳聚糖 IPN 水凝胶和壳聚糖聚丙烯腈半互网络水凝胶，发现都具有同样的电场敏感性。二、壳聚糖水凝胶的应用1.壳聚糖水凝胶由于具有良好的生物相容性和亲水性，在生物材料领域有着广泛的应用。在医药方面的应用甲壳素壳聚糖在医药领域最早被用作压片助剂和胶囊剂。近年，又被成功用于缓释剂和控制剂。此外用甲壳素制成的酮酸可用作手术缝合线，可以被人体自动吸收。甲壳素也可作
11、为临床用的医用敷料，目前已成功地用壳聚糖醋酸溶液制成壳聚糖无纺布，敷于大面积烧伤处，透水性好，效果极佳。（1）药物载体壳聚糖毒性低，在低 pH 介质下的凝胶状态容易被生物吸收，另外在酸性环境中壳聚糖基质能形成漂浮并逐渐膨胀。这些特点使壳聚糖水凝胶成为一种理想的药物缓释材料。（2）伤口敷料水凝胶所特有的柔软性能可以促使其与伤口更有效的接触，且能为伤口提供一个良好的湿润环境，对促进伤口愈合有很好的效果。（3）可注射软骨材料水凝胶具有在一定条件下可保持流动状态而在外部物理或化学刺激下可形成一定形状和强度的体型材料的特性，因此成为制备可注射性支架的首选材料。2.在日化产品中的应用甲壳素壳聚糖是天然多糖
12、中很少见的带正电荷的高分子物质，它在日化产品中主要作为保湿剂，整理剂和固化剂。由壳聚糖制成的化妆品已经被推向市场。估计在未来数年中甲壳素壳聚糖水凝胶及其衍生物在化妆品领域的比重将会大大增加。3. 在化学工业的应用甲壳素壳聚糖水凝胶与金属配合，作为氢化、氧化、异构化等有机合成工业中作为催化剂有许多优良性能。它稳定性好、催化活性与选择性高，易从反应体系中分离。目前这方面的研究已经开始。如张一烽等对壳聚糖负载稀土配合物与三异丁基铝、 己内酯催化甲基丙稀酸甲酯的聚合进行研究，证明了壳聚糖负载稀土催化剂具有高立体定向性。此外，壳聚糖螯合树脂在四氯化碳存在下，可作烯类单体如甲基丙稀酸甲酯和丙稀腈的引发剂。
13、三、展望为充分发掘甲壳素壳聚糖水凝胶的市场潜力，使其早日成为新世纪中国化工的新型产业之一，对甲壳素壳聚糖水凝胶的科学研究就要以经济效益和环境效益为着眼点，从以下几个方面深入研究：充分利用丰富甲壳资源，研究甲壳素壳聚糖水凝胶的提取制备工艺，变废为宝，开发从工农业废弃物中提取甲壳素的新技术降低功能化改性甲壳素壳聚糖的成本，提高其功能性以废治废，用制取成本低廉的甲壳素及其产品处理废水、污泥，充分挖掘甲壳素壳聚糖作为环保资源的潜力对甲壳素壳聚糖的物理化学及生物性质进行深入研究，完善甲壳素壳聚糖化学机理，创造出技术含量高、附加价值大的高新技术产品。参考资料：甲壳素壳聚糖的制备与应用 郭建民 徐晓军 李林壳聚糖智能水凝胶在生物材料领域的应用 王华明 卢凌彬 曹阳壳聚糖水凝胶的制备工艺对其吸附蛋白质的影响 钱俊青 吕坚方水溶性壳聚糖制备工艺 刘冬 吴小勇 周立艳温敏性壳聚糖水凝胶研究进展 井波 王志强新型壳聚糖衍生物的研究综述 宁初光 徐露 李作为pH 敏感性壳聚糖水凝胶的制备及其性能 宋鹏飞 王荣民 王云普
