生物医用材料详解

2011–2012学年第2学期

生物医用材料期末论文

题目：壳聚糖生物材料的研究进展姓名：***

学号： **************

专业： 09材料科学与工程

学院：材料与化工学院

任课教师：曹阳王江唐敏

完成日期： 2012年6月7日

壳聚糖生物材料的研究进展

黄清优

（海南大学材料科学与工程专业海口570228）

摘要：壳聚糖作为一种新型天然生物材料，越来越成为国内外研究热点。本文对近年来壳聚糖改性方面的研究进展及其在生物医学方面的应用进行了综述，并对壳聚糖的发展趋势进行了展望。

关键词：壳聚糖；化学改性；应用；生物材料

The Research Progress of Chitosan Biomaterial

Qingyou Huang

(Department of Material Science and Engineering Hainan University Haikou 570228) Abstract: Chitosan, as a kind of novel natural biomaterials, increasingly becomes a research pot at home and abroad. This paper summarized the progress in chemical modification of chitosan，and application of it in biomedical fields recently. At last, the developing trend of chitosan was predicted.

Keywords: chitosan; chemical modification; application; biomaterial

1前言

壳聚糖是一种新型的天然生物医用材料。虾、蟹类作为壳聚糖的原料，在我国具有分布量大，资源丰富的特点，从环保、经济可持续发展的角度来考虑，壳聚糖作为一种天然的材料，不仅无毒、无污染，而且还具有很好的生物降解性和相容性。因此非常有必要加大对壳聚糖的研究，以开发更多的产品[1,2]。

由于壳聚糖安全性良好，且具有可降性和组织相容性，在医药领域具有很高的应用价值。但壳聚糖存在水溶性、稳定性、力学性能差等缺点，在一定程度上使其应用受到很大限制。对壳聚糖进行化学改性，可改善其物理、化学性质，拓宽了壳聚糖及其衍生物的应用领域，是近几年壳聚糖研究的热点之一。文章综述了近几年壳聚糖化学改性方面的研究进展，及其在生物医用方面的应用[2,3]。

2结构性质

2.1结构

壳聚糖是甲壳质的脱乙酰化产物。甲壳质是N-乙酰基-D-葡萄糖胺通过β-1,4糖苷键相连的直链状氨基多糖，其化学名为聚(1,4)–2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，也称为聚（N-乙酰基-D-葡糖胺），甲壳质在碱性条件下水解，脱去部分乙酰基后就转变成壳聚糖，其化学名为：聚(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。甲壳质和壳聚糖并非单一的化学实体，来源和制造过程不同，它们的成分就会发生改变。当N-乙酰氨基-D-葡糖胺单元的含量超过50%时，该高分子聚合物就是甲壳质，反之，当N-氨基-D-葡糖胺单元的含量超过50%时即为壳聚糖[4,5]。下图是壳聚糖的结构式：

图 1 壳聚糖的结构式

2.2理化性质

壳聚糖是甲壳质最主要的衍生物，不同程度的的脱乙酰作用可以获得不同脱乙酰度的壳聚糖，纯净壳聚糖为白色或灰白色，半透明的片状固体，CTS经过脱乙酰后的CTS成白色或米黄色，溶解性能大大改善，可溶于烯酸水溶液，具有良好的生物相容性、可生物降解性以及无毒、无副作用。CTS分子内含有-OH 和-NH2活性基团，易与多种有机物发生反应。对甲壳素和CTS的化学改性可以提高其溶解性，开发更加高级的新用途，这是其研究中最为活跃的课题[3,6]。KATO[7]等发现壳聚糖的氨基与芳香醛或脂肪醛反应生成西佛碱（Schiff's base）。因此，可用具有双官能团的醛或酸酐与壳聚糖交联，交联产物不易溶解，溶胀也小，性质较稳定。

2.3生物活性

目前已有大量研究证明，壳聚糖具有广谱抗菌性，且抗菌性受本身相对分子量大小、脱乙酰度及溶液pH值影响。相对分子量越小、脱乙酰度越高、溶液pH 值越小，其抗菌活性越强。同时壳聚糖可吸附带负电的脂肪酸，并与之形成复合

盐，减少胆固醇的吸收同时增加其排泄，从而达到降血脂的效果，壳聚糖的降血脂作用还与其相对分子量、黏性及表面活性相关，是多种机制共同作用的结果。不仅如此，壳聚糖在抗凝血、降血糖及增强机体免疫的功能也已得到证实[8]。

3改性研究进展

3.1酰化改性

壳聚糖通过与酰氯或酸酐反应，在大分子链上导入不同分子量的脂肪族或芳香族酰基。酰化反应可在羟基（O-酰化）或氨基（N-酰化）上进行。酰化壳聚糖及其衍生物中的酰基破坏了壳聚糖及其衍生物大分子间的氢键，改变了它们的晶态结构，提高了壳聚糖材料的溶解性。

韦萍[9]等制备了丁酰化壳聚糖膜，并应用于兔眼滤过性手术，发现丁酰化壳聚糖膜能下调兔眼滤过性手术后PCNA在成纤维细胞中的表达，能有效抑制纤维组织增生、抗组织瘢痕形成。梁升[10]等在离子液体水溶液中，制备了水溶性N-乙酰化壳聚糖，并对产物的吸湿保湿性能进行研究，表明产物具有良好的吸湿保温性能。

3.2羧甲基化改性

壳聚糖上的羟基或氨基，在不同的反应条件下与氯代烷酸或乙醛酸进行反应，得到相应的羧基化壳聚糖衍生物。壳聚糖分子链上引入羧甲基，可制得溶解性和与金属离子螯合性更好的羧甲基壳聚糖，克服了壳聚糖只能在弱酸性条件下使用的缺陷，使其应用范围大大拓宽。

李扬等[11]检测所制备的左氧氟沙星羧甲基壳聚糖微球在人工消化液中和大鼠体内结肠靶向释药的性能。表明其在体外、体内实验中的释放符合结肠靶向释药的特点向释药的性能。李志峰等[12]探讨所制备的聚乳酸-O-羧甲基壳聚糖纳米粒子（PLA-O-CMC NPs）对肝细胞生长因子（HGF）的载药能力及其体外释药行为。实验表明该载药纳米粒子体外HGF的累积释放量在前24h内逐步上升，并有明显的突释现象，释放出的药物量占释放总量的36.7%，载HGF的PLA-O-CMC NPs在体外能够迅速释放HGF，达到有效药物浓度，并能够在较长时间内维持一定的有效药物浓度，是一种良好的HGF载体。

3.3季铵盐化改性