甲壳素和壳聚糖的化学改性及其应用
甲壳素_壳聚糖的综合应用及其发展前景
甲壳素、壳聚糖的综合应用及其发展前景赵云强 方 伊(贵州师范大学化学系,贵阳,550001) 摘 要 综述了甲壳素,壳聚糖作为丰富的无毒、无污染的自然资源,在工、农业等各方面的广泛应用。
关键词 甲壳素 壳聚糖 应用 中图分类号 636.11 甲壳素(Chitin )又名甲壳质、几丁质,化学名为(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D 葡聚糖,其结构与纤维素相似,大量存在于低等动物,特别是节肢动物(如虾、蟹、昆虫)的甲壳内,是尚未开发的十分丰富的自然资源。
由于甲壳素具有特殊的机能,与生物体有良好亲合相溶性,无毒,高粘度等,而被广泛应用于蔬果保鲜、可降解地膜、食品添加剂、医用高分子和药品缓释材料及超滤、渗析、渗透气化等所需分离材料。
最近几年来,甲壳素又在化妆品、抗冻剂、免疫增强剂及降低人体胆固醇和甘油脂方面展示出广阔的前途。
壳聚糖(Chitosan )是甲壳质脱乙酰基的衍生物,可溶于稀酸,其分子保留了甲壳质的结构骨架,具备一定的活性基团,可加以化学修饰,制成有特殊功能的新材料,其用途更加广泛。
因此甲壳素及其衍生物的开发与应用逐渐得到重视。
近年来,国内外化学工作者对这一课题进行了大量的研究,得到了甲壳素、壳聚糖在多方面的应用研究成果。
1 在农业上的应用111 作降解性地膜地膜作为一种重要的农业生产资料,已在农业生产中广泛使用,但目前常用的地膜为聚乙烯薄膜,这种高分子物质在土壤中不能分解,使土壤板结、土质变坏,对自然环境产生白色污染。
如以含10%甲壳质或壳聚糖[1]制成的聚乙烯-甲壳质或聚乙烯-壳聚糖膜六个月后能被土中的微生物完全降解,而且这种地膜伸缩性好、湿润状态下也有足够的强度。
使用这种地膜将给农业生产及环境保护产生巨大效益,有广阔的发展前景。
112 植物生长调节剂用甲壳质、壳聚糖处理植物种子,可以提高产量。
G otthardt [2]认为、甲壳质、壳聚糖能显著提高小麦悬浮培养液中过氧化酶的活性。
壳聚糖的改性研究进展及其应用
壳聚糖的改性研究进展及其应用壳聚糖是一种天然高分子材料，由于其具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性，因此在工业、生物医学等领域得到了广泛的应用。
然而，壳聚糖也存在一些不足之处，如水溶性差、稳定性低等，因此需要对壳聚糖进行改性研究，以提高其性能和应用范围。
壳聚糖的改性方法主要包括化学改性和物理改性。
化学改性是通过化学反应改变壳聚糖的分子结构，从而提高其性能。
例如，通过引入疏水基团可以改善壳聚糖的水溶性和生物相容性。
物理改性则是通过物理手段改变壳聚糖的形态、结构等因素，以达到提高性能的目的。
例如，通过球磨法可以制备壳聚糖纳米粒子，从而提高其在生物医学领域的应用效果。
目前，壳聚糖的改性研究已经取得了显著的进展。
然而，仍存在一些问题和挑战。
其中，如何保持壳聚糖的生物活性是改性过程中面临的重要问题。
改性后的壳聚糖可能会出现新的毒性问题，因此需要进行深入的毒性研究。
未来，随着壳聚糖改性技术的不断发展，相信这些问题将逐渐得到解决。
壳聚糖在工业、生物医学等领域有着广泛的应用。
在工业领域，壳聚糖可用于制备环保材料、化妆品添加剂、印染助剂等。
例如，通过接枝共聚将壳聚糖与聚丙烯酸制成高分子复合材料，可用于制备可生物降解的塑料袋等环保材料。
在生物医学领域，壳聚糖可用于药物传递、组织工程、生物传感器等方面。
例如，利用壳聚糖制备的药物载体能够实现药物的定向传递，提高药物的疗效并降低毒副作用。
在生物医学领域，壳聚糖还可用于组织工程。
通过将壳聚糖与胶原等生物活性物质结合，可以制备出具有良好生物相容性和生物活性的组织工程支架。
这些支架可为细胞生长提供适宜的微环境，促进组织的再生和修复。
壳聚糖还可用于制备生物传感器，用于检测生物分子和有害物质。
例如，将壳聚糖与酶或抗体结合制成生物传感器，可实现对血糖、胆固醇等生物分子和有害物质的快速、灵敏检测。
壳聚糖作为一种天然高分子材料，具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性，在工业、生物医学等领域得到了广泛的应用。
甲壳素_壳聚糖研究与应用进展_张海容
第22卷 第2期2006年4月 忻州师范学院学报JOU RNA L OF XIN ZHO U T EACHERS U N IV ERSIT YV ol.22 No.2Apr.2006 甲壳素、壳聚糖研究与应用进展张海容,白宝林,任光明,李满秀,李志英(忻州师范学院,山西忻州034000)摘 要:文章综述了甲壳素和壳聚糖的重要性质、制备、化学修饰及不同领域的研究与应用,并介绍了甲壳素及其衍生物在各领域的开发前景。
关键词:甲壳素;壳聚糖;化学修饰;衍生物中图分类号:O636.9 文献标识码:A 文章编号:1671-1491(2006)02-0001-041811年法国科学家H Braconnot从菌类中提取出一种酷似纤维素的物质,由于存在于动物的甲壳中,故取名甲壳素。
甲壳素[1-2](chitin)是自然界中仅次于纤维素的第二大类生物材料,它也是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机物。
壳聚糖(chitosan)是甲壳素脱乙酰化的产物,是一种天然的阳离子聚合物,无毒无害,安全可靠,易生物降解。
自然界每年生物合成的甲壳素估计有数十亿吨之多[3],远远超过其它氨基多糖,几乎是一种取之不尽用之不竭的再生资源。
人们发现它们在生物、化工、医药、食品、农业、纺织、印染、造纸等众多领域具有许多应用价值[4-9],可与塑料等量齐观,有 21世纪塑料 之称。
一、性质甲壳素是一种无色、无毒、无味、耐晒、耐热、耐腐蚀、不怕虫蛀的结晶或无定形物。
不溶于水、有机溶剂、稀酸和稀碱,可溶于浓硫酸、浓盐酸、85%磷酸,同时发生降解,分子量由100万~200万明显降至30万~70万。
在pH=3时,壳聚糖的氨基可完全质子化。
甲壳素可溶于一些特殊溶剂中,如二甲基乙酰胺-氯化锂、N-甲基吡咯烷酮-氯化锂等混合溶剂。
甲壳素、壳聚糖的化学结构与纤维素极其相似。
纤维素是葡萄糖以 -1,4糖苷结合形成的多糖。
当纤维素葡萄糖环C2位置的羟基被乙酰胺基取代是甲壳素,被氨基取代是壳聚糖(见图1)。
甲壳素_壳聚糖及其衍生物的最新应用进展
甲壳素/壳聚糖及其衍生物的最新应用进展董静※(综述)，刘群(审校)(天津市第四医院烧伤科，天津300222)中图分类号:R644文献标识码:A文章编号:1006-2084(2011)06-0921-02摘要:甲壳素是存在于自然界中的唯一带阳离子的糖类聚合物，来源于节肢动物和低等植物的真菌和藻类。
前者大量存在于海洋之中，以虾蟹为主，能够被生物降解，产量仅次于纤维素。
甲壳素脱乙酰化的产物称为壳聚糖，壳聚糖经结构修饰后可得到一系列适合不同需要的性能优良的衍生物。
甲壳素、壳聚糖及其衍生物特殊的结构特征不仅决定其具有良好的物理、化学、机械性能，还具有很好的生物相容性、降解性、免疫抗原性小、无毒性等特殊的生物医学特性。
同时具有良好的生物安全性，使其在医药保健、农业、食品工业、水处理、纺织、化工、化妆品等领域均有广泛的应用。
关键词:甲壳素;壳聚糖;衍生物The Latest Research Progress in Use of Chitin /Chitosan and their Derivates DONG Jing ，LIU Qun．(Department of Burns ，the Fourth Hospital of Tianjin ，Tianjin 300222，China )Abstract :Chitin is the only cationic carbohydrate polymer existing in the nature ，deriving from arthro-pods ，fungi ，and algae．The former source is mainly abundant in ocean ，especially in shrimps and crabs ，which can be biologically degraded ，only second to cellulose in production．Chitosan ，a deacetylated product of chi-tin ，can synthesize a series of derivatives with excellent properties for different needs through the structuralmodification．The structures of chitin ，chitosan ，and its derivatives not only render themselves good physical ，chemical ，and mechanical properties ，but also favorable biocompatibility ，biodegradability ，minimal immuno-genicity ，and non-toxicity．Additionally ，they also have good biosafety profiles．Therefore ，they have a wide-range application in healthcare ，agriculture ，food industry ，water treatment ，textiles ，chemicals ，cosmetics and other fields．Key words :Chitin ;Chitosan ;Derivates 甲壳素是自然界除蛋白质外数量最大的含氮天然有机高分子化合物，早在400年前《本草纲目》中就有甲壳素应用的记载［1］。
甲壳素及壳聚糖的制备与利用
甲壳素及壳聚糖的制备与利用
甲壳素和壳聚糖是生物多糖，具有广泛的应用。
它们主要来源于海洋生物，如海藻、海参、单细胞藻类等，也可以从非海洋生物中分离纯化而来，如硅藻中的甲壳素，以及禾谷科植物的壳聚糖。
甲壳素和壳聚糖的制备方法包括离子交换法、溶剂萃取法、乳化-凝胶法、气相法、水解法等，但以水解法为主，因其简便性、成本低廉、效率高、成品纯度高等优势。
在水解中，一般采用酶进行水解，如α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶等，也可以采用酸性碱性溶液进行水解。
利用甲壳素和壳聚糖可以制备各种复合材料，如复合膜、复合无纺布、复合涂料等，具有良好的抗水蚀性能、抗紫外线性能、耐腐蚀性能等，可用于食品包装、水处理、生物医学等领域。
此外，它们还可以用于制备含有药物的纳米粒子、纳米复合材料、纳米纤维素以及药物输送体系等，以及制备生物活性物质、抗菌剂、抗炎剂、抗癌剂等。
壳聚糖改性与应用
Content
1
壳聚糖
2
壳聚糖的抗菌应用
壳聚糖的改性
3
壳聚糖
壳聚糖又名脱乙酰甲壳素、聚氨基葡 萄糖，化学式为（C6H11NO4）n。它是一种性 质活泼的高分子聚合物，结晶度较高，广 泛存在与虾蟹等低等动物、藻类等低等植 物、蘑菇等大型真菌中。甲壳素在碱性条 件下加热脱去N-乙酰基后得到壳聚糖。
壳聚糖抗菌成膜喷剂
喷雾型分子级隐形敷料，喷洒在皮肤、黏
膜患处及损伤表面，通过全新的物理及生物双 重抗菌机制，隔离、杀灭病原微生物，同时促
进组织修复与再生。
用于各种外伤伤口，保护创面，预防皮肤、 粘膜及损伤表面感染，并能迅速止血止痛，促
进创面愈合，缩短愈合时间，抑制伤口疤痕形
成；用于皮肤粘膜感染部位的抗感染治疗和预 防继发性感染。
会在-NH2上发生取代，要想得到结构单一的羧
甲基壳聚糖，并且影响抗菌活性，必须严格控 制反应条件。当在碱性下反应时，羧甲基化反
应的活性为：一级羟基的活性﹥二级羟基的活
性﹥氨基的活性。
壳聚糖的改性
季铵化反应 季铵化是另一种增强壳聚糖水溶性和抗菌性 的改性方法。实现壳聚糖季铵化一般有两种方式： 1.直接将壳聚糖骨架上的氨基修饰为季铵盐；2. 在壳聚糖骨架之外引入季铵基团，这种季铵化方 法可以在壳聚糖分子结构中引入不同碳数的烃基， 从而得到不同碳链长度的壳聚糖季铵盐衍生物。 季铵化后的壳聚糖水溶性增加，抗菌活性增 加。
壳聚糖的改性
羧烷基反应
壳聚糖与氯乙酸在碱性条件下反应可制得羧甲基
壳聚糖，这是现今应用得最多的壳聚糖衍生物之一。 羧甲基壳聚糖是一种水溶性壳聚糖衍生物，其抗菌活
性高于壳聚糖。壳聚糖羧烷基化抗菌活性提高的原因：
甲壳素和壳聚糖在伤口敷料中的应用
［-9， -;］ 症反应 。虽然壳聚糖分子中的伯氨基在酸性介质中很容易产生 C 4D1 E 结构， 但它通常不会引起炎 ［-?］ 症。从不同脱乙酰度的壳聚糖表面的 F%,) 电势 （见表 !） 可以看出， 由于壳聚糖的弱碱性， 其表面的 ［1"， 1!］ 这表明壳聚糖膜不会对周围的组织产生强烈的刺激作用 。 F%,) 电势不是很高的正值，
［5 9 #］ 通常对于伤口敷料有如下要求 ：
（!） 具有与人体皮肤相近的柔软性能， 在湿润时也能保持一定的形态和强度； （5） 能保持创面的湿润环境， 有较好的吸收伤口分泌物的能力， 并有一定的透气性； （:） 敷料无毒， 对人体不发生有害的反应和刺激， 而且必须能够阻止细菌进入创面以防止造成二次感 染， 避免伤口接触粒子和有毒的污染物， 无热源； （;） 最好有止血、 止痛等作用， 可促进肉芽生长和皮肤再生， 加速愈合， 减少疤痕； （8） 贮存稳定性好， 最好具有可降解性能， 废弃物对环境不产生污染。 甲壳素是从虾、 蟹等甲壳类动物的外壳以及菌、 藻类低等植物的细胞壁中提取出的天然高分子材料， 是自然界中仅次于纤维素的第二大生物衍生资源。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物， 是自然界中唯一的
7<8? " K !-
注： 7<8? 表示脱乙酰度为 8?L 的壳聚糖
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壳聚糖的凝血作用
［1-］ ［11］ 壳聚糖具有止血作用， 能促进凝血和血栓的形成 。 AH)/():) 等 进行血液凝结实验表明， 壳聚糖
万方数据 对人和动物血液中的红血球都有凝聚作用， 有加速止血的作用， 认为这是由于壳聚糖分子链所带的正电
［!"］ ［!!］ 甲壳素和壳聚糖对伤口疼痛有很好的舒缓作用 。 #$$%& 等 发现壳聚糖与伤口接触时能起到清 ［!-］ 凉而舒服的润肤作用。最近 ’()*+,+ 等 对甲壳素和壳聚糖对由于稀乙酸溶液诱发的炎症疼痛的止痛
甲壳素／壳聚糖的研究进展及应用
ＶＬ ＤＬ是 家 族 性 高 胆 固醇 血 脂 症 及 其 诱 发 心 脑 血 管 、 脉 动
硬 化 等 疾 病 的重 要 致 病 因 子 。 胆 固 醇 在 肠 中 被 胆 固醇 酶 催化 变 为 胆 固 醇 酯 后 被 肠 道 吸 收 ， 汁 酸 是 胆 固 醇 酶 催 胆 化功 能 所 必 需 的 物 质 ， 聚 糖 很 容 易 与 胆 汁 酸 结 合 并 将 壳
生。
１ 在 医 疗 保 健 上 的 应 用
２ ０ 年 ７月 ２ ｌ 北 京 召 开 的 ， 我 国 著 名 医 疗 保 ０１ ８ Ｅ在 由
高 血 压 也 是 心 脑 血 管 疾 病 中 常 见 易 发 的 病 症 ， 去 过 人 们 以为 Ｎ Ｃ 引 起 原 发 性 高 血 压 与 Ｎａ ａＩ 有 关 ， 在 医 学 现 界确认 Ｃ一 是真 正 导致高 血 压 的原 因ｌ 。带 正 电荷 的 ｌ才 ５ Ｊ 壳 聚 糖 能 够 螫 合 Ｃ 一， 而 防 止 高 血 压 。 Ｉ 从
密 度 脂 蛋 白 （ Ｄ 和 极 低 密 度 脂 蛋 白 （ Ｄ ） ． Ｄ 和 Ｌ Ｌ） ＶＬ Ｌ 中 Ｌ Ｌ
聚 一Ｎ 乙 酰 Ｉ 萄 糖 胺 ， 于 氨 基 多 糖 ， 一 种 天 然 ）葡 属 是
高分 子 聚 合 物 。 在 自然 界 中 ， 广 泛 存 在 于 海 洋 节 肢 动 它 物 （ 虾 、 ） 甲壳 中 ， 存 在 于 低 等 动 物 菌 类 、 虫 、 如 蟹 的 也 昆 藻 类 细 胞 膜 和 高 等 植 物 的 细 胞 壁 中 ． 地 球 上 仅 次 于 植 物 是 纤 维 的 第 二 大 生 物 资 源 。 甲 壳 索 脱 除 乙 酰 基 后 其 产 物 是
１ ３ 在 防 治 糖 尿 病 中 的 作 用 ． 糖 尿 病 是 一 种 常 见 的 内 分 泌 代 谢 疾 病 ， 没 有 能 够 还 完全治愈 的药物 。由于胰 岛索不 足 （ 对 的或相 对 的） 绝 引