壳聚糖开题报告

壳聚糖多孔材料的制备及其性能研究

开题报告

学生：余珊珊化学与环境工程学院

指导老师：朱超化学与环境工程学院

1 前言

壳聚糖是甲壳素脱乙酰衍生物，是一种带正电荷的直链多糖，具有生物黏附性和生物相容性好、毒性低等优点。近年来，国内外有大量文献报道用壳聚糖修饰脂质体、微球、微囊等递药系统。同时，壳聚糖可与一定量的多价阴离子反应，形成壳聚糖分子的交联，这一性质可应用于壳聚糖微球的制备。本文概述国内外制备多孔壳聚糖微球的若干主要方法。由于一O…H—O一型和一O…H—N一型氢键的作用，使大分子间存在着有序结构，有类同于葡聚糖胺的结构特性，在其大分子结构中含有丰富的羟基和胺基，这些活性基团可以和其它物质的分子发生化学反应，生成壳聚糖的衍生物，而且壳聚糖是迄今为止发现的唯一天然碱性多糖，无毒副作用，作为药物的载体有极大的优越性。另外，壳聚糖具有良好的生物相容性和生物可降解性,在医药、食品、环保、轻工、农业等方面获得了广泛的应用。

2 壳聚糖简介

壳聚糖是自然界唯一带阳离子的天然活性多糖，化学名为β-(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖

分子式如下：

物理性质：纯壳聚糖是一种白色或灰白色半透明的片状或粉状固体，无味、无臭、无毒性，略带珍珠光泽。在壳聚糖分子中由于存在大量的-NH2基和-OH基，能溶解在甲酸、乙酸、盐酸、环烷酸和苯甲酸等稀酸，从而可制成均匀的壳聚糖溶液。在酸性水溶液中，壳聚糖分子中的氨基、羟基等极性基团与水分子相互作用而水合。水合后壳聚糖分子逐渐膨胀，且随水合作用的程度壳聚糖分子的形状发生变化。完全水合的壳聚糖可形成球状分子。分子形状随溶液的PH 值变化而发生变化。PH值的不同使氨基（-NH2）的电荷状态发生改变，PH值低时，壳聚糖从链状向球状分子变化，粘度减少；PH值高可使壳聚糖从球状向链状分子变化，粘度加大。聚糖原料由于分子量较高，粘均分子量达到116万，在醋酸水溶液中的溶解度小于2% ，同时过大的分子量导致了壳聚糖醋酸溶液的粘度较高，1 %壳聚糖醋酸水溶液的粘度达到200 mPa·S以上。

化学性质：在特定的条件下，壳聚糖能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、卤化、氧化、还原、缩合和络合等化学反应，可生成各种具有不同性能的壳聚糖衍生物，从而扩

大了壳聚糖的应用范围。

应用：自1859年，法国人Rouget首先得到壳聚糖后，这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展。针对患者，壳聚糖降血脂、降血糖的作用已有研究报告。

3 研究目的和意义

壳聚糖发泡可得到多孔材料。本课题目的在于寻找合适的发泡方法，研究壳聚糖及其复合材料的发泡方法，并制备不同形态的材料，探究多孔材料的吸附性能。

壳聚糖制成多孔微球可以增大其比表面积和吸附性能，具有选择性吸附有机化合物的能力，有吸附容量大，解吸容易，再生简便等特点，现已被广泛应用于分离和富集。

多孔壳聚糖微球在废水处理方面，可用于金属离子的吸附；在医学方面可用作：固定化酶载体，使得其吸附酶的能力大大增强，而且微球强度较好，有利于后期固定化操作及重复使用；也可用作细胞微载体，有利于细胞的大量繁殖、生长及营养物质的传输；也可用于蛋白改性壳聚糖三维多孔支架，这种支架对细胞没有毒性，L929细胞、皮肤细胞可以在孔径较大的多孔支架表面和内部正常生长和增殖，角质细胞在材料表面可以正常地老化、角质化；在药物包埋方面的应用也有很多的研究。

3 实验方法简介

近年来国内外壳聚糖微球制备方法主要包括交联法、凝聚法、乳化一溶剂蒸发法、冷冻干燥法、喷雾干燥法等。根据本实验的目的要求所制得的多孔壳聚糖微球主要应用于卷烟滤嘴上，因此产品中不能含有对人体有毒有害的物质。根据文献报道：交联法一般都要采用甲醛或戊二醛作为交联剂，戊二醛价格贵且有毒，故不予考虑；凝聚法需要调节溶液pH和温度，引入甲醛等有机溶剂，操作复杂；冷冻干燥法要求预冷冻温度至少达到-20℃，目前实验室还达不到此要求；乳化一溶剂蒸发一般涉及聚合物溶液和非连续相间形成O/W或W/O乳剂，包括乳化,搅拌,混悬微球滤过,洗涤,干燥,再加入凝聚抑制剂等，操作复杂。

本实验主要采用喷雾干燥法制备壳聚糖多孔微球。喷雾干燥法是工业中制备壳聚糖微球较广泛的方法之一,此方法是以热气流干燥雾化液滴为基础的。其工艺流程如下图：

首先将壳聚糖溶于酸性水溶液中,加入合适的乳化剂、致孔剂、分散剂,搅拌均匀后，进入喷雾干燥器雾化,形成小液滴,溶剂瞬间蒸发可形成自由流动的粒子。微球的粒径取决于喷嘴的直径、喷雾流率、雾化压力、入口温度等因素。

4 本课题设计的实施及研究方法

(1)实验方法

首先将壳聚糖溶于醋酸性水溶液中,加入合适的乳化剂、致孔剂、分散剂，搅拌均匀后，进入喷雾干燥器雾化,形成小液滴,溶剂瞬间蒸发可形成自由流动的粒子。

通过多次测试确定最适合的壳聚糖浓度、分散剂和致孔剂及乳化剂的用量，以及乳化温度；因微球的粒径取决于喷嘴的直径、喷雾流率、雾化压力、入口温度等因素，故还需确定合适的喷嘴的直径、喷雾流率、雾化压力、入口温度、出口温度等。

(2)产品检测

用SEM观察壳聚糖微球表面、内部结构及微球形态；并采用低温液氮吸附法测定样品比表面积和孔径分布，通过N2吸附—脱附分析测试其吸附性能；采用浸泡介质法进行测量壳聚糖多孔微球的孔隙率。

5 技术难点

在壳聚糖分子中由于存在大量的—NH2基和—OH基，使其溶解性能增加。壳聚糖能溶解在甲酸、乙酸、盐酸、环烷酸和苯甲酸等稀酸，可制成均匀的壳聚糖溶液。在酸性水溶液中，壳聚糖分子中的氨基、

羟基等极性基团与水分子相互作用而水合。水合后壳聚糖分子逐渐膨胀，且随水合作用的程度壳聚糖分子的形状发生变化。完全水合的壳聚糖可形成球状分子。分子形状随溶液的pH值变化而发生变化。pH 值的不同使氨基（—NH2）的电荷状态发生改变，pH值低时，壳聚糖从链状向球状分子变化，粘度减少；pH值高可使壳聚糖从球状向链状分子变化，粘度加大。粘度除了受氨基含量及溶解时pH值的影响外，还与温度、壳聚糖相对分子质量及溶液中离子的种类有关。

壳聚糖原料由于分子量较高，粘均分子量达到116万，在醋酸水溶液中的溶解度小于2% ，同时过大的分子量导致了壳聚糖醋酸溶液的粘度较高，1 %壳聚糖醋酸水溶液的粘度达到200 mPa﹒S以上，过高的粘度造成了制孔剂不易均匀的分散在壳聚糖溶液中，同时过高的粘度也导致喷雾干燥时乳液不易喷出来。

壳聚糖微球表面疏松多孔性与其表面强度是负相关的，随着壳聚糖浓度的增加，壳聚糖分子堆积更加紧密，壳聚糖厚度增加，从而导致壳聚糖微球表面孔隙减少，强度增加；浓度较低时强度又太小；因此须找到一种合适的溶剂，同时兼顾固含量和强度两方面。

此外，根据以往实验，实验室的喷雾干燥器喷嘴不合适，不能形成壳聚糖微球，还需寻找合适的喷嘴。

6 工作安排

1～3周：查阅相关文献，写出文献综述和开题报告；

4～14周：根据拟定实验方案进行实验；

15周：撰写论文