壳聚糖及其衍生物在软骨组织工程中的应用
中国组织工程研究 第19卷 第25期 2015–06–18出版
Chinese Journal of Tissue Engineering Research June 18, 2015 Vol.19, No.25
ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 4081
www.CRTER .org
徐敬，男，1991年生，浙江省宁波市人，汉族，南京大学医学院在读硕士，主要从事组织工程进行关节软骨损伤修复研究。
通讯作者：张雷，博士，主治医师，南京大学医学院临床学院(解放军南京军区南京总医院)骨科，江苏省南京市 210000
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2015)25-04081-05 稿件接受：2015-04-23 https://www.wendangku.net/doc/cf3116021.html,
Xu Jing, Studying for master’s degree, Department of Orthopedics, Nanjing School of Clinical Medicine, Nanjing University/Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command, Nanjing 210002, Jiangsu Province, China
Corresponding author: Zhang Lei (Checking), M.D., Attending physician, Department of Orthopedics, Nanjing School of Clinical Medicine, Nanjing University/Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command, Nanjing 210002, Jiangsu Province, China
Accepted: 2015-04-23
壳聚糖及其衍生物在软骨组织工程中的应用
徐 敬，赵建宁，徐海栋，张 雷(南京大学医学院临床学院(解放军南京军区南京总医院)骨科，江苏省南京市 210000)
文章亮点：
1 此问题已知的信息：壳聚糖作为一种天然生物材料，所构建的支架在软骨组织工程中得到了广泛应用，并且取得了良好的反馈效果。
2 文章增加的新信息：将近年来壳聚糖及其衍生物在设计、改性及软骨组织工程中的应用等方面的新进展作一综述。
3 临床应用的意义：利用壳聚糖支架材料构建组织工程软骨为临床修复各类关节软骨损伤提供了一个新的思路与研究方向。 关键词：
生物材料；软骨生物材料；壳聚糖；软骨组织工程；生物支架 主题词：
组织工程；壳聚糖；软骨 基金资助：
江苏省临床医学科技专项资助(BL2012002)；南京市科研课题(201402007)
摘要
背景：作为生物型支架，壳聚糖因其独特的多孔三维结构、易于改性的特征及良好的生物相容性成为了软骨组织工程支架材料的研究热点。
目的：就壳聚糖及其衍生物的设计、改性及在软骨组织工程中的应用作一综述。
方法：应用计算机检索PubMed 数据库和CNKI 数据库，中文关键词为“壳聚糖，壳聚糖衍生物，支架材料，组织工程，软骨组织”，英文检索词为“chitosan ；chitosan derivatives ；scaffold ；tissue engineering ；cartilage ”，检索文献时间范围为1990年1月至2015年1月。
结果与结论：壳聚糖是一种天然的生物多糖，通过化学改性、共混改性等方法可以改变壳聚糖的溶解度、机械强度、生物活性甚至生物降解性等自身特性，从而制成更为合适的生物支架材料。进一步研究表明，将壳聚糖与种子细胞进行共同体外培养可以获得正常形态的软骨细胞并能合成特异性的细胞外基质成分，在动物体内，壳聚糖支架与种子细胞所构建的组织工程软骨能够修复软骨损伤，形成与周围正常软骨相似的组织。壳聚糖及其衍生物支架材料在软骨组织工程中有较为广阔的研究前景。
徐敬，赵建宁，徐海栋，张雷. 壳聚糖及其衍生物在软骨组织工程中的应用[J].中国组织工程研究，2015，
19(25):4081-4085.
doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.25.028
Application of chitosan and its derivatives in cartilage tissue engineering
Xu Jing, Zhao Jian-ning, Xu Hai-dong, Zhang Lei (Department of Orthopedics, Nanjing School of Clinical Medicine, Nanjing University/Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command, Nanjing 210002, Jiangsu Province, China)
Abstract
BACKGROUND: Chitosan and its derivatives have become one of the most active research topics in the field of tissue-engineered scaffold material substitute for cartilage owing to their porous structure, ease of chemical modification, and high affinity to in vivo macromolecules.
OBJECTIVE: To summarize chitosan and its derivatives in terms of design, modification and its application in tissue engineering.
METHODS: A computer-based search of CNKI and PubMed databases was performed for papers on application of chitosan and its derivatives in cartilage tissue engineering published from January 1990 to January 2015 with the key words “chitosan; chitosan derivatives; scaffold; tissue engineering; cartilage” in Chinese and English. RESULTS AND CONCLUSION: Chitosan is a natural polymer from renewable resources, modification of chitosan has been found to be necessary for its advanced tissue engineering applications. The modification of chitosan can be divided into two categories including chemical modification and physical blending, which improve its biological properties such as biocompatibility and biodegradability. Recent studies have suggested that chondrocytes maintained round morphology and preserved synthesis of cell-specific extracellular matrix
molecules on chitosan substrates in vitro and chitosan scaffolds seeded with chondrocytes showed partial repair of cartilage defects in vitro . Chitosan and its derivatives are promising candidates as a supporting material for
P .O. Box 10002, Shenyang 110180 https://www.wendangku.net/doc/cf3116021.html,
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tissue engineering applications.
Subject headings: Tissue Engineering; Chitosan; Cartilage
Funding: Medical Scientific Research Foundation of Jiangsu Province of China, No. BL2012002, and a grant from Research Projects of Nanjing of China, No. 201402007
Xu J, Zhao JN, Xu HD, Zhang L. Application of chitosan and its derivatives in cartilage tissue engineering. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2015;19(25):4081-4085.
0 引言 Introduction
组织工程软骨是一项新兴的治疗关节软骨损伤的方法，种子细胞、生物支架、合适的细胞培养环境便是组织工程软骨重要的3个要素。生物支架为细胞提供了一个三维支持结构，为细胞生长、代谢提供环境，所以组织工程对支架材料的要求很高，理想的材料必须具有良好的生物相容性、可吸收性、无毒性、来源广泛等特点[1]
。目前常见的支架材料可分为天然生物材料和人工合成高分子材料两类，天然生物材料具有良好的生物相容性和可降解性，但也有生物力学性能差、降解速度快等局限性，而且有潜在的传播疾病风险；人工合成高分子材料无免疫原性且能根据需要调节降解速度，但其吸水性差，细胞吸附能力弱及易引起细胞毒性、炎症反应等缺点同样制约了其应用效果[2]
。在过去的几十年中，壳聚糖构建的支架在组织工程中得到了广泛应用，并且取得了良好的反馈效果。壳聚糖支架孔隙率高，孔洞相互连通，类似于软骨基质成分，为软骨细胞提供了良好生长环境，并具有生物相容性优良、易于获得、无毒、无刺激和能促进细胞黏附、增殖、分化的优势[3]
。
1 资料和方法 Data and methods
1.1 资料来源 由第一作者应用计算机检索获取相关文献资料，检索PubMed 数据库和CNKI 数据库，中文关键词为“壳聚糖，壳聚糖衍生物，支架材料，组织工程，软骨组织”，英文检索词为“chitosan ；chitosan derivatives ；scaffold ；tissue engineering ；cartilage ”，检索文献时间范围为1990年1月至2015年1月。 1.2 纳入与排除标准
纳入标准：以壳聚糖或壳聚糖衍生物为支架构建组织工程软骨的相关文献；壳聚糖材料改性研究进展的相关文献；壳聚糖及其衍生物支架构建组织工程软骨的生物相容性分析的相关文献。
排除标准：重复的研究及内容过于陈旧文献。 1.3 数据提取 共检索到文献377篇，其中中文文献124篇，英文文献253篇，排除与研究目的相关性差及内容陈旧、重复的文献336篇，共纳入41篇文献进行综述。
2 结果 Results
2.1 壳聚糖的理化特性和生物学活性 壳聚糖是来源于贝壳、节肢动物外壳、真菌细胞壁甲壳素最主要的衍生
物之一，由甲壳素在碱性条件下去乙酰化形成，壳聚糖可在酸性条件下溶于水中，具有良好的生物相容性和可吸收性。壳聚糖拥有着与糖胺聚糖相同的N -乙酰葡萄糖胺结构，是葡萄糖胺和N -乙酰葡萄糖胺的复合聚合物，前者占80%。糖胺聚糖的成员透明质酸钠与硫酸角质素是软骨基质的特有成分，通过与生长因子、受体及黏附蛋白的相互作用，调控着软骨细胞的生长、增殖，研究发现壳聚糖也有着相似的调控作用[4]
。在体内，壳聚糖主要通过溶菌酶水解的方式降解，有学者发现壳聚糖的降解速度与它的结晶度呈反比，它的去乙酰化程度越高结晶度也就越高，降解速度就越慢，大于85%去乙酰化的壳聚糖可以在体内持续存在几个月的时间[5]
。大量研究结果表明，壳聚糖支架在植入体内后一般只会引起非常小的异物排斥反应，仅有短暂的中性粒细胞聚积，并在很短的时间内消失，没有观察到慢性炎症与大量纤维组织增生[6]
。
2.2 壳聚糖的改性及其应用 壳聚糖与其他的生物多糖一样，其自身结构、取代度和分子量决定了壳聚糖的溶解度、机械强度、生物活性甚至生物降解性等自身特性。因此目前有大量研究通过化学改性、共混改性、表面改性等方法改变壳聚糖的性状，制成更为合适的生物支架材料，其中化学改性又包括羧甲基化与接枝共聚反应[7]
。 2.2.1 化学改性
羧甲基化：壳聚糖的羧甲基化是在碱性条件下将羧甲基引入到壳聚糖的化学结构之中，从而提高了壳聚糖的水溶性，制备过程中碱浓度越高羧甲基化程度也越高，所获得的衍生物水溶性就越强。其中，N ，O-CMCS 是一种应用较为广泛的生物材料，Kamarul 等[8]
将N ，O-CMCS 制成的支架材料植入小鼠体内检测生物相容性和毒性，仅在术后10 d 左右观察到实验组小鼠有轻微的炎症反应，随后便逐渐恢复到与对照组相同的水平，直到术后30 d 内实验组与对照组无明显差异。Datta 等
[9]
合成了壳聚糖-N -亚甲基磷酸盐(NMPC)并与聚乙烯醇纳米纤维共混形成生物支架，与普通的聚乙烯醇纳米纤维相比，壳聚糖-N -亚甲基磷酸盐/聚乙烯醇上MG-63细胞生长的密度更高，并且在第3天检测到了Ⅰ型胶原与碱性磷酸酶高表达，Datta 认为可能是引入的活性磷酸基团促进了细胞的生长与代谢。
接枝共聚：单纯的壳聚糖凝胶支架因为在体内降解过快且力学性能不佳而限制了它的应用。接枝共聚可以
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将其他的化学基团引入到壳聚糖的化学结构中，改进它的生物性能。有学者将N -异丙基丙烯酰胺接枝到壳聚糖中，使其变成了一种温度敏感性水凝胶，能够在接近 37 ℃时在液态和凝胶状态之间转换，并且利用这个特性来制作5-羟基水杨酸的药物缓释系统，测定了在不同温度和pH 条件下药物的释放速度
[10]
。Xie 等
[11]
在碳二亚
胺的水溶液中制备没食子酸接枝的壳聚糖复合物，结果显示接枝量高达209.9 mg/g ，并且发现新构成的复合物同时具有没食子酸的抗氧化性与壳聚糖的生物力学性能。
2.2.2 共混改性 在一定的条件下，能够将壳聚糖与天然或人工合成材料进行共混，这一过程并不涉及化学上的改变，但能较大程度上优化壳聚糖的理化特性与机械强度，因此应用非常广泛。羟基磷灰石能够大幅提高壳聚糖支架的机械性能及骨组织相容性，有学者使用羟基磷灰石共混的壳聚糖-京尼平交联支架(CTS-HA-GP)与壳聚糖-京尼平交联支架(CTS-GP)对照，分别对小鼠颅骨缺损模型进行修复，用Micro CT 与组织学染色评价骨再生情况，结果显示，3个月后CTS-HA-GP 支架组重新生成的矿化组织区域为38%，而CTS-GP 组仅为 10%
[12]
。Oliveira 等
[13]
使用壳聚糖-聚丁二烯酸纤维支架进行组织工程修复软骨缺损的研究，在6周的体外观察中，发现软骨细胞在支架上的黏附、增值和分化现象令人满意，与聚乙醇酸支架进行对比，壳聚糖-聚丁二烯酸纤维上的软骨细胞分布更为均匀，而聚乙醇酸支架由于酸性物质的释放在中央部位出现了细胞的稀缺部分。Li 等
[14]
发现i-卡拉胶/壳聚糖/明胶支架有着与细胞外基质
相类似的多个功能基团，当i-卡拉胶浓度为5%时其表面蛋白吸附能力最强，与脂肪来源的间充质干细胞一起体外培养时细胞黏附牢固，增殖、分化活跃。Neves 等
[15]
在一定条件下将壳聚糖与聚已内酯进行共混制成了壳聚糖-聚已内酯共混支架，有效的提高了壳聚糖支架的表面粗糙度，降低了膨胀率，改善了力学性能，软骨细胞在支架上的黏附、增殖、分化现象令人满意，观察发现含75%壳聚糖支架上的软骨生长情况最佳，而含50%壳聚糖支架的生物力学性能最佳。
2.2.3 壳聚糖支架表面改性 支架材料的表面改性也是近年来研究的特点之一。在特定的条件下，将生物相容性高的材料附于支架的表面或者对其表面就行修饰，增加表面粗糙度，可以提高细胞在支架上的黏附效果，促进细胞的生长、增殖。Hsu 等
[16]
用等离子处理壳聚糖膜的表面后，发现水接触角由(90±1)°降低到了(19±1)°，与未经处理的壳聚糖支架相比，表面的粗糙度明显增加。在体外MC3T3-E1细胞培养中发现能够促进细胞在支架上的迁移、增殖，以及加快骨矿物质的沉积。张瑞林等
[17]
利用聚乳酸-聚已内酯共聚物对壳聚糖三维纤维
网进行表面修饰，来提高支架的细胞亲和力，修饰后材
料表面接种兔耳郭软骨细胞，分别于体外1周，体内4及8周时取样行扫描电镜、大体和组织学观察，免疫组织化学染色，软骨细胞技术及Ⅱ型胶原含量的测定。结果表明表面修饰的壳聚糖支架上软骨细胞贴壁率高，细胞分化与增殖好。
2.3 壳聚糖生物支架在组织工程软骨中的应用 近年来，越来越多的研究集中于以壳聚糖及其衍生物作为支架构建组织工程软骨，经改性后的壳聚糖支架材料具有更为优良的生物降解性、生物相容性及机械强度，还可制成可注射型支架，为治疗不同类型软骨损伤提供了更为合适的方案
[18-21]
。
许多天然生物支架材料在体内降解速度过快而制约了它们的应用，壳聚糖在体内的降解速度取决于它的乙酰化程度，最长可达9个月之久
[22-23]
，因此将壳聚糖
与天然生物材料如明胶共同构成复合支架，能够延缓支架的降解速度，提高其力学强度，同时明胶也可增加软骨细胞在支架表面的黏附能力
[24]
。
也有研究表明壳聚糖支架具有较好的生物相容性，有利于软骨细胞在支架上的黏附与生长，并能够促进软骨细
胞的增殖及细胞外基质的合成
[25-27]
。Chicatun 等
[28]
发现使
用Ⅰ型胶原作为支架材料时其胶原纤维密度较低，而且诱导细胞向软骨细胞分化的能力较差，为弥补这种不足，他们构建了壳聚糖/Ⅰ型胶原复合支架，利用壳聚糖来模拟软骨的细胞外基质成分，植入RCJ3.1C5.18软骨细胞进行体外培养，与单纯的Ⅰ型胶原支架相比，壳聚糖/Ⅰ型胶原复合支架明显增加了软骨细胞的活力与代谢活性，促进了Ⅱ型胶原与细胞外基质的合成。壳聚糖支架还可作为质粒的载体，构建具有基因激活作用的支架，加快缺损组织的修复，Chen 等
[29]
设计了一种双层支架，一层为加入了
转化生长因子β1质粒的壳聚糖-明胶支架用于修复软骨层，另一层为加入了骨形态发生蛋白2质粒的羟基磷灰石/壳聚糖-明胶支架用于软骨下骨的修复。在体外的支架-骨髓间充质干细胞复合培养中检测到了转化生长因子β1与骨形态发生蛋白2的高表达，在修复兔膝关节骨软骨缺损模型实验中取得了令人满意的结果，为多种复杂组织的修复与诱导单种干细胞同时向多个方向分化的研究提供了研究方向。
壳聚糖支架机械性能优越，并且具有相互连通的微孔结构，有利于软骨细胞的生长和增殖，最终形成具有功能的软骨组织
[30-32]
。Cloyd 等[33]
利用透明质酸-壳聚糖-
明胶支架构建组织工程椎间盘，利用无侧限抗压试验比较了它与人体椎间盘机械性能，结果表明透明质酸-壳聚糖-明胶支架能较好地代替椎间盘组织。Haaparanta 等
[34]
比较了分别由胶原、壳聚糖、聚乳酸中的一种或多
种构成的复合支架在组织工程软骨中应用的性能，聚乳酸可为三维支架网络提供足够的机械性能，而胶原与壳聚糖可模拟软骨细胞的细胞外基质成分，分成胶原/聚乳
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酸、壳聚糖/聚乳酸、胶原/壳聚糖/聚乳酸复合支架组与胶原、壳聚糖、胶原/壳聚糖平行支架组，通过扫描电镜与Micro CT 评价支架的微观结构，PBS 浸泡比较吸水性，Lloyd LR30K 机械测试仪测试机械强度，在支架中植入牛关节软骨细胞进行培养后，通过电镜与免疫组化观察细胞生长状态，结果显示所有复合支架都构成了高度多孔网状结构，孔隙相互连通，为软骨细胞生长提供了合适的环境；在支架吸水性方面，含有胶原支架的吸水性明显优于其他支架，而单纯由胶原构成的支架吸水性最高；在机械强度方面，含有聚乳酸复合支架相比平行支架机械强度显著提高；细胞培养的扫描电镜与免疫组化结果提示，所有类型的支架都表现出了令人满意的促进软骨细胞黏附、增殖的效果。
壳聚糖还可制成可注射支架材料，利于微创操作，具有广阔的发展前景。Chenite 等
[35]
将壳聚糖与甘油磷
酸二钠混合制备了温度敏感性水凝胶，在常温条件下为液态，能够与间充质干细胞混合形成悬浊液，注入体内后在37℃的环境下支架弹性模量急剧增高，变为凝胶状态。他们将温度敏感性水凝胶与骨形态发生蛋白结合进行负载蛋白异位成骨实验，结果表明骨形态发生蛋白逐步释放并具有良好的活性，注射部位有软骨形成。 2.4 壳聚糖构建药物缓释系统在组织工程软骨中的应用 壳聚糖分子上的-NH 3基团非常容易与负电荷的物质结合，因此壳聚糖能够与一些具有生物活性的阴离子聚合物，如糖氨聚糖、海藻酸钠、糖蛋白等形成电解质复合物，植入体内后在生理环境下发生逐步解离，释放出生物活动物质。利用这种特性不仅可以将壳聚糖制成携带药物的缓释微球
[36]
，还可以包埋带有生物活性的聚阴离
子如细胞因子、DNA 等应用于组织工程软骨中[37-38]
，在
软骨损伤处长时间释放以维持高浓度的生长因子，达到
修复软骨损伤的目的。Sukarto 等
[39]
将N -甲基丙烯酸乙
二醇壳聚糖(MGC)制成纳米微球封装骨形态发生蛋白6、转化生长因子β3与脂肪间充质干细胞构建缓释系统，并将RGD 多肽接枝到MGC 上构成RGD-g-MGC ，以增加脂肪间充质干细胞在凝胶中的生存能力，在体外培养 14 d 后仍有超过90%的细胞存活。在支架上培养一段时间后，组织学染色表明与对照组相比，实验组脂肪间充质干细胞在局部骨形态发生蛋白6、转化生长因子β3缓释条件下向软骨细胞分化，并促进了Ⅱ型胶原与细胞外基质的合成，RT-PCR 也获得了相同的结论。
部分关节软骨的损伤同时涉及软骨下骨损伤，目前同时修复两种或两种以上复杂组织的组织工程受到越来越多学者们的关注，Han 等
[40]
将携带转化生长因子β1
缓释微球的壳聚糖-明胶支架与携带骨形态发生蛋白2缓释微球的PLGA 支架上下重叠形成分级复合药物缓释支架，壳聚糖-明胶支架缓慢释放转化生长因子β1促进软骨形成，而PLGA 支架缓慢释放骨形态发生蛋白2促进
骨形成。研究发现，这种复合的分级支架在修复过程中所形成的新生组织和周围正常软骨组织有着相似的光滑程度及力学性能。
3 讨论 Discussion
相比其他类型的支架材料，壳聚糖有着更为广阔的应用前景。目前大量相关研究正致力于通过各种途径改进壳聚糖支架的性能，使其能够更好地应用于软骨修复领域。此外，以壳聚糖为载体微球封包的药物缓释系统与组织工程软骨的联合应用，以及利用壳聚糖水凝胶的温度敏感性所构建的可注射组织工程软骨，具有良好的研究前景
[41]
。
致谢：感谢南京大学医学院与解放军南京军区南京总医院
骨科，感谢导师赵建宁教授、张雷博士、徐海栋博士的宝贵意见。
作者贡献：徐敬构思并完成本综述，所有作者共同起草，
通讯作者张雷完成审校，徐敬对文章负责。
利益冲突：文章及内容不涉及相关利益冲突。 伦理要求：文章及内容不涉及相关伦理道德冲突。 学术术语：壳聚糖-是来源于贝壳、节肢动物外壳、真菌
细胞壁甲壳素最主要的衍生物之一，由甲壳素在碱性条件下去乙酰化形成，壳聚糖可在酸性条件下溶于水中，具有良好的生物相容性和可吸收性。
作者声明：文章为原创作品，无抄袭剽窃，无泄密及署名
和专利争议，内容及数据真实，文责自负。
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壳聚糖及其衍生物在软骨组织工程中的应用
作者：徐敬， 赵建宁， 徐海栋， 张雷， Xu Jing， Zhao Jian-ning， Xu Hai-dong， Zhang Lei
作者单位：南京大学医学院临床学院 解放军南京军区南京总医院 骨科,江苏省南京市,210000
刊名：
中国组织工程研究
英文刊名：Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research
年，卷(期)：2015(25)
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41.Zhou HY;Jiang LJ;Cao PP Glycerophosphate-based chitosan thermosensitive hydrogels and their biomedical applications 2015
引用本文格式：徐敬.赵建宁.徐海栋.张雷.Xu Jing.Zhao Jian-ning.Xu Hai-dong.Zhang Lei壳聚糖及其衍生物在软骨组织工程中的应用[期刊论文]-中国组织工程研究 2015(25)
甲壳素及其衍生物的生产和应用
海洋科学学年论文 甲壳素及其衍生物的生产和应用 学院：海洋科学与工程 专业：海洋科学 姓名： 学号： 成绩： 指导教师： 20010 年12 月 甲壳素及其衍生物的生产和应用 姓名
单位 摘要：综述了甲壳素及其衍生物的生产方法及其用途 关键词：甲壳素及其衍生物生产应用 甲壳素(Chitin)又名几丁质,化学名称为(1, 4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖,是一种来自于甲壳类动物的天然高分子材料,在自然界的分布较为广泛,是目前市场中唯一商品化的碱性多糖[1]。与多数合成高分子化合物相比,甲壳素具有无毒、无味、可生物降解等优点,被大量用于食品工业中,作为食品填充剂、增稠剂、稳定剂、乳化剂、脱色剂、调味剂、香味增补剂等使用[2-4]。 甲壳素脱去分子中的乙酞氨基可以转化为可溶性甲壳素或称壳聚糖。壳聚糖的应用范围比甲壳素更为广阔，有极其广泛的用途。 1.甲壳素及其衍生物的生产 1.1 化学方法[5] 目前比较先进的方法是将甲壳干燥后粉碎，将微粉末置于0. 4~3. 0 mol·L-1的盐酸溶液中，常温处理10~25 h后水洗、过滤、千燥，得到粗甲壳素。 壳聚糖的制法由下列工序组成:将上述方法制得的甲壳素置于氢氧化钠溶液中在80~100℃下浸2~12 h，得到粗壳聚糖;将该粗壳聚糖过滤，水洗，去离子水中浸渍，过滤后在水与有机溶剂的棍合液中浸渍，再经过滤、洗涤、干燥制得甲壳素。 1.2 酶制备法 酶法制备壳聚糖是利用专一性酶对甲壳素进行脱乙酞基反应。这里介绍一种用黑曲霉电解法从菌丝体中提取甲壳素和碱法制备甲壳素的工艺，其工艺条件是:使用黑曲霉的最佳培养液YEPD培养菌体，最佳培养时间42 h，最终培养量0. 942 g干菌体，最终残糖质量浓度0. 627 mg·mL-1。黑曲霉湿菌体经质量分数为5%NaOH, 100℃处理6h。然后用45%NaOH溶液126℃处理2~ 3 h,用质量分数10%醋酸，95~100℃处理3 h, NaOH滴定，析出甲壳素。1.3微生物法 微生物培养法生产壳聚糖的研究比较活跃。其土要原理还是利用微生物本身存在的酶进行自身催化，从而脱去乙酞基。陈忻等用丝状真菌提取的壳聚糖的脱乙酞化度为85%~90%，用它制成的食品保鲜剂抗菌能力比从虾壳来源的壳聚糖高1 ~2倍。 2.甲壳素及其衍生物的应用 2.1在染整行业的应用 壳聚糖是一种多糖高聚物，由于分子结构中含有大量的羟基和氨基，当涤纶纤维表面形成一层壳聚糖薄膜后，涤纶纤维的吸湿性和抗静电性就得到了改善。为了进一步改善整理效果，通常还得在整理液中加入交联整理剂和添加剂[6]。 2.2在纺织行业的应用 甲壳素及其衍生物在纺织行业主要用在纤维制造、机织物的上浆或制成无纺织物等方面利用甲壳素和壳聚糖的抗菌性和成纤性，可将甲壳素及其衍生物制成甲壳素纤维、壳聚糖纤
软骨组织工程的基础和临床应用研究
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ｒｏｗｔｈｆａｃＢａｓｉｃｆｉｂｒｏｂｌａｓｔｇｒｏｗｔＩｎｓｕｌｉｎｅ－ｌｉｋｅｇｒｏｗｔＲｅｔｉｎｏｉｃａｃｉｄｒｅｃＤｉａｍｉｎｏｂｅｎｚｉＤｉｍｅｔｈｙｌｓｕｌｆｏＥｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａＨｉｇｈｍｏｂｉｌｉｔｙｇｒＲｅｖｅｒｓｅｔｒａｎｓｃｒｉｐｔａｓｅｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ：占鳖蔓三堕型盔堂！！堡堡圭堑塞篁兰些堡塞一软骨组织工程的基础和临床应用研究中文摘要【目的］从细胞、分子和基因水平研究探讨人体不同类型软骨细胞（弹性软骨和透明软骨）的体外生长代谢规律，特别是软骨细胞功能老化及相关基因的改变，并以此为基础在人体内构建组织工程软骨以证实软骨组织工程技术在人体内的可行性。 【方法】细胞来源于小耳畸形病人残余耳软骨和雕刻耳软骨支架后多余肋软骨碎片，实验分３部分，第一部分： 通过细胞计数，倒置相差显微镜观察，阿利新兰法，免疫组化，ＲＴＰＣＲ比较人耳（弹性率耳软骨是肋软骨得率的３．４倍；细胞形态上两者均随老化向类成纤维样形态转化，耳软骨细胞在第三代而肋软骨在第四代大部分转软骨）、肋软骨（透明软骨）细胞的体外获得率及原代至第５代的细胞增殖，细胞形态和细胞外基质分泌的不同之处，研究人软骨细胞体外生长代谢及功能老化规律。
磁性壳聚糖微球的制备及其应用_杨晋青
现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2008, Vol.24, No.10 1079 磁性壳聚糖微球的制备及其应用 杨晋青，叶盛权，郭祀远 （华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640） 摘要：由新型的高分子材料制成的磁性壳聚糖微球具有很多优良的应用特性。本文着重综述磁性壳聚糖微球的制备方法和性能表征, 介绍其在生物医学，食品工程和废水处理方面的应用进展, 并展望其研究和开发的光明前景。 关键词：磁性壳聚糖微球；改性；医学；食品工程；废水处理 中图分类号：TQ333.99；文献标识码：A ；文章篇号:1673-9078(2008)10-1079-04 Review of Preparation and Application of Magnetic Chitosan Microspheres YANG Jin-qing, YE Sheng-quan, GUO Si-yuan （College of Light Industry & Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640） Abstract: Magnetic chitosan microspheres made from novel polymer materials showed outstanding applied characteristics. In this paper, the preparation and characterization of magnetic chitosan microspheres were reviewed. The applications of magnetic chitosan microspheres in biomedical, food engineering and wastewater treatment were also introduced and their bright futures were prospected for further research and development. Key words: magnetic chitosan microspheres; modification; medicine; food engineering; wastewater treatment 新型的高分子微球材料因其具有很多优良特性为而被广为应用。如粒径小、表面积大、吸附性强，可通过共聚、表面改性赋予其多种功能性基团(如-OH 、-COOH 、-CHO 、-NH2、-SH 等)，进而可结合各种物质，使高分子微球具有多种功能。对于磁性高分子微球，由于其具有磁响应性，在外加磁场的作用下可以很方便地分离、回收。因此，在许多领域有广阔的开发前景[1,2]。 壳聚糖(CTS)是自然界存在的唯一碱性多糖，可由蟹、虾壳中的甲壳素经脱乙酰化反应而制得。其资源丰富，安全无毒，具有独特的分子结构和易于化学修饰、生物可相容性和可再生性等功能。它的胺基极易形成四级胺正离子，有弱碱性阴离子交换作用。壳聚糖在酸性溶液中会溶解，稳定性差[3,4]。将壳聚糖进行交联制成磁性壳聚糖（MCS ）微球[5,6]，不但可提高其稳定性及机械强度，而且使其易与介质分离，利于广泛应用于医学、食品、化工等领域[7]。本文通过对磁性壳聚糖微球的制备方法和性能表征方法及其在生物医药，食品工程和废水处理方面应用的综述，介绍磁性 收稿日期：2008-04-27 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20050561014) 作者简介：杨晋青(1983-),硕士研究生,研究方向:糖类分离提纯新方法新技术 通讯作者：郭祀远，教授 壳聚糖微球有关领域的研究进展情况，并展望其发展 的前景。 1 磁性壳聚糖微球的制备及表征 1.1 乳化交联法 常用的磁性壳聚糖微球制备方法有乳化交联法[8]。将磁性Fe 3O 4粒子加到一定浓度的壳聚糖溶液中，经均质分散，再在适当的温度，pH 和搅拌条件下逐滴加入含有乳化剂的水相中，产生乳液，在常压下自由挥发或用真空抽提使溶剂挥发，通过洗涤、过滤和干燥等过程即可制得磁性壳聚糖微球[9,10]。 1.2 包埋法 1.2.1 磁性高分子微球的制备 运用机械搅拌、超声分散等方法将磁性粒子分散于高分子溶液中，通过雾化、絮凝、沉积、蒸发等过程得到内部包有磁性粒子的高分子微球，常用的包埋材料有壳聚糖、纤维素、尼龙、磷脂、聚酰胺、聚丙烯酰胺等。徐慧显利用葡聚糖制备了具有较好的单分散性磁性葡聚糖微球[11]，董聿生采用反相悬浮包埋技术合成了多分散性的磁性葡聚糖微球[12]。 1.2.2 改性磁性壳聚糖微球的制备 以(NH 4)2Fe(SO 4)2·6H 2O 、NH 4Fe(SO 4)2·12H 2O 和壳聚糖为原料，经羟丙基化、胺基化，采用一步包埋法制备了一种新型的多胺基化磁性壳聚糖微球[13]。此方 DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2008.10.005
甲壳素及其衍生物
甲壳素及其衍生物 一、甲壳素的由来 甲壳素(Chitin)又名甲壳质，壳多糖，壳蛋白，是法国科学家布拉克诺(Braconno)1811年首先从蘑菇中提取到一种类似于植物纤维的六碳糖聚合体，把它命名为Fungine（蕈素）。1823年，法国科学家欧吉尔(Odier)在甲壳动物外壳中也提取了这种物质，并命名为chitoin （几丁质），chitoin希腊语原意为"外壳"、"信封"的意思。 1.1 甲壳素的分布 自然界中，甲壳素广泛存在于低等植物菌类、藻类的细胞，节肢动物虾、蟹、蝇蛆和昆虫的外壳，贝类、软体动物（如鱿鱼、乌贼）的外壳和软骨，高等植物的细胞壁等，其每年生物合成的资源量高达100亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，其中海洋生物的生成量在10亿吨以上，可以说是一种用之不竭的生物资源。甲壳素经自然界中的甲壳素酶、溶菌酶、壳聚糖酶等的完全生物降解后，参与生态体系的碳和氮循环，对地球生态环境起着重要的调控作用。 1.2甲壳素的化学结构 经结构分析，甲壳素是自然界中唯一带正电荷的一种天然高分子聚合物，属于直链氨基多糖，学名为[(1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖]，分子式为(C8H13NO5)n，单体之间以β(1→4)甙键连接，分子量一般在106左右，理论含氮量6.9%。其分子结构特点为：氧原子将每个碳原子的糖环连接到下一个糖环上，侧基团"挂"在这些环上。甲壳素分子化学结构与植物中广泛存在的纤维素非常相似，所不同的是，若把组成纤维素的单个分子棗葡萄糖分子第二个碳原子上的羟基(OH)换成乙酰氨基(NHCOH3)，这样纤维素就变成了甲壳素，从这个意义上讲，甲壳素可以说是动物性纤维。 1.3 甲壳素的化学性质 甲壳素有α，β，γ三种晶型。α棗甲壳素的存在最丰富，也最稳定。由于大分子间强的氢键作用，导致甲壳素成为保护生物的一种结构物质，结晶构造坚固，一般不熔化，也不
关于壳聚糖及其衍生物的医药的研究进展
关于壳聚糖及其衍生物的医药的研究进 展 （作者:___________单位: ___________邮编: ___________） 作者：凌沛学荣晓花张天民 论文关键词：壳聚糖；衍生物；纳米粒；研究进展 论文摘要：壳聚糖是天然多糖甲壳素的脱乙酰基产物，是一种含有游离氨基的碱性多糖，其相对分子质量从数十万到数百万不等，具有多种生理功能。经降解和化学修饰后的壳聚糖，在某些方面具有比壳聚糖更好的生物活性。壳聚糖及其降解物和修饰物安全性良好，且具有可降解性和组织相容性，在医药领域具有很高的应用价值。多年来，壳聚糖及其衍生物一直是医药研发领域的热点之一。本文根据国内外的参考文献，对壳聚糖及其衍生物的最新医药研究进展进行综述。 壳聚糖（chitosan）是天然多糖甲壳素的脱乙酰基产物，学名聚氨基葡糖，是由N-乙酰-D-氨基葡糖单体通过β-1，4-糖苷键连
接起来的直链状高分子化合物。壳聚糖是一种含有游离氨基的碱性多糖，其相对分子质量（Mr）从数十万到数百万不等。目前已知壳聚糖及其衍生物具有抗微生物、增强免疫、调节血脂、抑制肿瘤等药理活性[1]。另外，由于壳聚糖及其衍生物安全性良好，且具有可降解性和组织相容性，因此在药物传递系统中也得到广泛应用。本文从药理活性和在药物传递系统中的应用两部分，对壳聚糖及其衍生物的研究进展进行综述。 1壳聚糖及其衍生物的药理活性 1.1抗菌活性 已有大量的研究证实壳聚糖及其衍生物具有广谱的抗菌活性，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、枯草杆菌、八叠球菌、放线菌和热带白色念珠菌等均具有抑制作用。壳聚糖的抑菌活性和多种因素有关。壳聚糖只有在酸性溶液中才具有抑菌活性，并且溶液的pH值越低抑菌活性越强。壳聚糖的抑菌活性也受到其脱乙酰度的影响，脱乙酰度越高，抑菌活性越强。不同Mr的壳聚糖对于细菌的抑制活性不同，整体上抑菌活性随分子量的升高而呈降低趋势。Seyfarth等[1]最近对一系列不同Mr的壳聚糖衍生物的抗真菌活性进行了研究，发现其抗真菌活性随着Mr的减小而降低，随着功能团掩蔽质子化的氨基而增强。陈威等[2]最近提出，不同Mr的壳聚糖对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌都具有较好的抑菌效果，但是引起钾离
完整word版,关节软骨损伤组织工程修复
关节软骨损伤组织工程修复进展 关节软骨的损伤和病变是临床常见疾病，可以发生于任何年龄和性别。由于关节软骨没有血管、神经及淋巴组织，本身不含祖细胞，所以自身修复能力十分有限，一旦发生损伤，会导致关节肿胀和疼痛，加速骨关节炎的进展，必须进行修复或置换，如何有效地修复关节软骨损伤始终是医学界尚待解决的难题之一1。1987 年, 美国国家科学基金会(NSF)在加福利亚举行的专家讨论会上提出了“组织工程”的概念：运用工程科学和生命科学的原理和方法, 从根本上了解正常和病理的哺乳动物的组织结构与功能的关系, 并研究生物学替代物以恢复、维持和改进组织功能。Hunziker将其描述为是一种从结构和功能上重建哺乳动物组织的艺术。内容主要包括：(1) 细胞外基质替代物开发；(2) 种子细胞性质研究；(3) 组织工程化组织对各种病损组织的替代。软骨组织工程技术是在体外培养、扩增软骨种子细胞，并且以较高浓度将其种植于具有良好的生物相容性和降解性的支架材料上构建组织工程软骨，然后植入到组织缺损部位，完成组织的修复和重建。软骨组织工程的最终目的就是得到高质量的修复组织和长期有效的功能，为病人最终解决痛苦。从这种意义上看，组织工程方法是目前治疗关节软骨损伤最有希望的方法，是目前软骨损伤修复研究的主要方面。组织工程软骨的发展大致经历了三个阶段： 1.第一代组织工程软骨技术：骨膜覆盖自体软骨细胞移植。首先通过软骨活检取材后体外分离培养受体自己的软骨细胞，单层培养扩增，将扩增后的细胞再植回到软骨缺损部位。通常取胫骨内侧近端的骨膜，切成与缺损吻合的片状，缝合在缺损边缘，将骨膜移植覆盖缺损处表面以防止软骨细胞露出，自从瑞典的
壳聚糖的制备
壳聚糖及其衍生物的制备 甲壳素（chitin）在自然不仅含量十分丰富，而且可生物降解，是环境友好产品，利用沿海地区丰富的虾蟹壳为原料，可生产出甲壳素，变废为宝，净化环境。甲壳素经浓碱处理去掉乙酰其后得壳聚糖（chitosan），分子结构如下： O O CH2OH OH NH2n O 壳聚糖经化学改性可得系列的衍生物，如：羧甲基壳聚糖、低聚壳聚糖等。这些系列产品在许多方面有着极其广泛的用途。如在医学方面可作为抗癌制剂、手术缝线、人造皮肤、药物载体等；在轻工业上可作为化妆品填料、增白剂、固发剂或增强纸张的光洁度；在环保方面可作为絮凝剂、吸附剂，用于污水处理，还可用作饮料的澄清剂、无毒包装材料等；在农业方面是一种新型植物生长调节剂，促进植物生长、增加产量、提高品质、诱导植物的广谱抗病性，还可用于生产生物农药，用于果蔬保鲜。因此壳聚糖及其衍生物系列产品有很好的潜在需求和市场前景。 一、实验目的 1.了解壳聚糖及其衍生物的应用概况； 2.学习壳聚糖及其衍生物的制备原理和方法； 3.强化学生环保意识，变废为宝； 4.制备2～5g的产品。 二、实验内容 1．利用强碱制备壳聚糖； 2．测定壳聚糖的脱乙酰度。 三、实验原理
甲壳素是酰胺类多糖，壳聚糖的制备过程，就是酰胺的水解过程。酰胺有如下几种结构： 酰胺可在强酸或强碱条件下水解，对于低分子的酰胺，水解可以进行得比较 完全，但对于多糖来说，强酸更容易水解糖苷键，所以甲壳素的脱乙酰基，一般 情况下不采用强酸水解；相对说来，强碱造成糖苷键的断裂不像强酸那么严重， 所以都用强碱来脱乙酰基。 酸碱滴定法的原理是壳聚糖的自由氨基呈碱性，可与酸定量地发生质子化反应，形成壳聚糖地胶体溶液： 溶液中游离的H+用碱反滴定，这样，从用于溶解壳聚糖的酸量与滴定用去的碱量 之差，即可推算出壳聚糖自由氨基结合酸的量，从而计算出壳聚糖中自由氨基的 含量。 四、实验材料与设备 1．实验设备与仪器 水浴锅，电炉，烧杯，三角瓶，碱式滴定管，电子天平。 2．实验材料与试剂 甲壳素，NaOH，HCl，甲基橙指示剂，乙醇、丙酮。 五、实验步骤 1．壳聚糖的制备 （1）取三个烧杯，编号1﹟、2﹟、3﹟，于每个烧杯中加入甲壳素5g，于1﹟ 烧杯中加入40％NaOH 100mL,2﹟烧杯中加入50％NaOH 100mL, 3﹟烧杯中加入 60％NaOH 100mL,100℃煮沸2h,脱乙酰基。 （2）反应完毕取出，用蒸馏水洗至中性，再用乙醇、丙酮洗涤后，干燥，即得 白色壳聚糖。 2．脱乙酰度的测定 准确称取上述方法制备的三种壳聚糖各0.5g，分别置于250mL三角瓶中，加入
甲壳素及壳聚糖及其衍生物在药物制剂中的应用和前景
药081-1班 XX 20082350XXXX 甲壳质及壳聚糖及其衍生物在药物制剂中的应用和前景1.概述 甲壳素是存在于自然界中的唯一一种带阳离子的糖类聚合物，能够被生物降解，产量仅次于纤维素。其脱乙酰化的产物称为壳聚糖，壳聚糖经结构修饰又可得到一系列适合不同需要的性能优良的衍生物，研究证明，甲壳素、壳聚糖及其衍生物都被公认为很有前途的天然高分子化合物，是很重要的药用辅料。其中壳聚糖已被载入英国药典，具有很高的研究价值。 2.来源和分类 （1）甲壳质 甲壳质存在于自然界中的低等植物菌类、藻类的细胞，甲壳动物虾、蟹、昆虫的外壳，高等植物的细胞壁等，是从蟹、虾壳中应用遗传基因工程提取的动物性高分子纤维素，被科学界誉之为"第六生命要素"！因此被欧美中日政府认定为机能性免疫物质。在灵芝、冬虫夏草等植物中也含有微量"几丁聚糖"，但含量只在2%-7%之间。 (2) 壳聚糖 壳聚糖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。分为高密度壳聚糖，水溶性壳聚糖，羧甲基壳聚糖和专用壳聚糖。 3.性质 甲壳质的性质：甲壳质是一种白色，无臭，无定性粉末或半透明片状物，它不溶于水，稀酸碱溶液和乙醇，乙醚等有机溶剂，溶于无水甲酸，浓无机酸。它还具有以下性质： (1)可被酶分解而吸收。甲壳质是食物纤维素不易被消化吸收。若甲壳质和蔬菜、植物性食品、牛奶和鸡蛋一起食用可以被吸收。在植物和肠内细菌中含有壳糖胺酶、去乙酰酶、体内存在的溶菌酶以及牛奶、鸡蛋中含有卵磷脂等共同作用下可将甲壳质分解成低分子量的寡聚糖而被吸收。当分解到六分子葡萄糖胺时其生理活性最强。吸收部位主要在大肠。(2)溶于酸性溶液形成带正电的阳离子基团。甲壳质分子中含有氨基(一NH2。)，具有碱性，在胃酸的反应下可生成铵盐，可使肠内PH值移向碱性侧，改善酸性体质。反应中生成带正电荷的阳离子基团，这是自然界中唯一存在的带正电荷可食性食物纤维。(3)对人体细胞有很强的亲和性进入人体内甲壳质被分解成基本单位时就是人体内的成分，壳糖胺的基本单位是葡萄糖胺，葡萄糖胺是人体内存在的；而甲壳质的基本单位是乙酰葡萄糖胺，它是体内透明质酸的基本组成单位。因此，甲壳质对人体细胞有良好的亲和性，不会产生排斥反应。(4)溶解后的几丁聚糖呈凝胶状态，具有较强的吸附能力。因甲壳质分子中含有羟基、氨基等极性基团，吸湿性很强，可用做化妆品保湿剂。(5)甲壳质是天然纤维素(动物性食物纤维)，没有毒性和副作用，其安全性和砂糖近似。(6)可螯合重金属离子，作为体内重金属离子的排泄剂。
壳聚糖及其衍生物抗菌性能进展
中国实用口腔科杂志2011年7月第4卷第7期 甲壳素（chitin）是N-乙酰基-D-葡萄糖胺以β-l，4键结合而成的多糖，是蟹、虾等甲壳类、甲虫等的外骨骼及蘑菇等菌类的细胞壁成分，广泛存在于自然界。壳聚糖（chitosan）是甲壳素脱去乙酰基的产物，安全无毒具有良好的生物兼容性，与人体细胞有良好的亲和性，无免疫原性，具有抗癌和抗肿瘤的作用。壳聚糖及其衍生物因其特有生物活性对多种细菌、真菌具有广谱抗菌的功能，在口腔抗微生物方面的应用逐渐得到重视。本文就壳聚糖及其衍生物抗菌性能方面研究现状进行综述。 1壳聚糖的抗菌活性 1.1壳聚糖对细菌的抗菌作用壳聚糖具有广谱抗菌作用。近年来研究发现，壳聚糖可抑制大肠杆菌、沙门菌属、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、李斯特单核细胞增生菌、小肠结肠炎耶尔森菌、链球菌、霍乱弧菌、志贺痢疾杆菌、产气单胞菌属及某些真菌等的生长［1］。 邓婧等［2］采用纸片药敏试验法，在pH6.5时对不同浓度壳聚糖进行抑菌实验，发现其对变形链球菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、幽门螺杆菌、牙龈卟啉单胞菌均有抑制作用。2％壳聚糖对变形链球菌、金黄色葡萄球菌的抑制效果最好，1.5％、1.0％、0.5％对变形链球菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑制效果优于幽门螺杆菌和牙龈卟啉单胞菌。有研究发现，在pH5.5时，1.0%壳聚糖（脱乙酰度为88.7%）对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌有强抑制作用［3］。 由于壳聚糖良好的成膜性和独特的抗菌性，它能有效抑制2种牙周致病菌——伴放线放线杆菌和牙龈卟啉菌的生长。Ikinci等［4］将壳聚糖凝胶或膜与洗必泰联用，证明壳聚糖对牙龈卟啉菌有一定的抑制作用，可避免洗必泰的不良反应，既可延长其作用时间，也能够明显抑制细菌生长。壳聚糖对促进血链球菌生物膜脱落有显著作用，且小分子量壳聚糖的作用效果最佳。壳聚糖对几种常见口腔致病菌不仅有抑制作用，而且经高温处理后其作用也很稳定，所以在治疗口腔感染方面壳聚糖将是有效药物［2］。1.2壳聚糖对真菌的抑制作用壳聚糖还具有抗真菌活性。壳聚糖可有效抑制皮肤浅表真菌的生长。刘晓等［5］研究壳聚糖凝胶对皮肤浅表真菌的抑制作用，发现壳聚糖凝胶剂对红色毛癣菌、断发毛癣菌均有较强抑菌作用，抑菌质量浓度为2.5～5g／L。Rhoades等［1］使用脱乙酰度为89%、质量浓度为1g／L的天然壳聚糖对念珠菌和白色隐球菌进行抑菌实验，发现其对2log cfu／mL念珠菌有明显的抑制作用，而对白色隐球菌却无抑制作用。Muhannad 等［6］在pH5.0条件下，使用0.5%壳聚糖（脱乙酰度92%）的乳剂对白色念珠菌的抗菌效果进行观察，发现24h后能使白色念珠菌数量减少达99%、黑曲霉菌减少达90%。可见壳聚糖对真菌也有很广泛的抑制作用，且作用效果与抗细菌作用类似。 作者单位：中国医科大学口腔医学院牙体牙髓科，沈阳110001 通讯作者：于静涛，电子信箱：Yjtao555@https://www.wendangku.net/doc/cf3116021.html, 综述 壳聚糖及其衍生物抗菌性能研究进展 刘扬，于静涛，孙莹莹，宋雪莲 文章编号：1674-1595（2011）07-0437-03中图分类号：Ｒ78文献标志码：Ａ 提要：壳聚糖由天然多糖甲壳素经脱乙酰化处理而成，是生物相容性和水解性较好的低聚糖，具有较好的广谱抗菌性。近年来，壳聚糖及其衍生物的抗菌性是医药、保健、食品和化妆品等领域的研究热点，本文就壳聚糖及其衍生物抗菌性能方面研究进行综述。 关键词：壳聚糖；壳聚糖衍生物；抗菌性；抗菌机制 Research on antibacterial action of chitosan and chitosan derivatives.LIU Yang，YU Jing-tao，SUN Ying-ying，SONG Xue-lian.Department of Endodontics，School of Stomatology，China Medical University，Shenyang 110001，China Summary：Chitosan，made by dehydration of natural polysaccharide chitin，is a biocompatible and soluble oligosaccha?ride and a good broad-spectrum antimicrobial.In recent years，antibacterial activity of chitosan and its derivatives is of special interest of research in the field of medicine，health，food and cosmetics，etc.This paper is a review on anti-bacte?rial performance of chitosan and its derivatives. Keywords：chitosan；chitosan derivatives；antibacterial action；antibacterial mechanism 437
壳聚糖衍生物的抗菌性质
壳聚糖和壳聚糖衍生物的抑菌作用 摘要：壳聚糖是一类有着广谱抑菌活性的天然多糖，其生物相容性好、易降解、无毒，因而作为一种可再生资源在抑菌领域受到了越来越多的关注。本文通过对壳聚糖来源、性质、壳聚糖衍生物的化学改性的方法和抑菌作用的分析，并对今后壳聚糖衍生物抑菌情况进行了初步的展望。为研制和开发新型的高抑菌活性的壳聚糖衍生物的开发提供理论参考。 关键词：壳聚糖；衍生物；抑菌；机理 引言 壳聚糖是无毒、无污染，具有可再生、无毒副作用，生物相容性和降解性良好的天然氨基多糖。目前已被广泛应用于医药[1-2]、农业[3]、食品[4-5]等领域，并成为最近生物新材料研究的热点[6-7]。壳聚糖具有抗菌活性，对多种植物病原细菌和真菌均抑制作用[8]。但由于其不溶于水和大多数有机溶剂，只溶于稀酸，在很大程度上限制了其应用范围。壳聚糖通过化学改性，可以得到具有一定官能团的壳聚糖衍生物。与壳聚糖相比，这些衍生物的性能往往有较明显的改善。对于壳聚糖的化学修饰研究较多的有壳聚糖的酰基化、烷基化、羟基化、醛亚胺基化、硫酸酯化、羧甲基化、季铵化等，其中季铵化、羧甲基化和硫酸酯化的产物由于具有良好的水溶性而备受重视[9]。有关壳聚糖的结构修饰和构效关系的研究已成为研究热点[10],因此，研究开发具有更高抗菌活性的壳聚糖衍生物，对于改善人们的生活质量具有重要意义。 1壳聚糖的来源和性质 1.1壳聚糖的来源 壳聚糖是自然界唯一的碱性天然多糖，壳聚糖的历史得追随到19世纪，当时Rouget 在甲壳素的天然聚合物中发现了其脱乙酰化的形式[11]。壳聚糖是白色或淡黄色无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体。由于其原料和制备方法的不同，其分子量也有所不同，可以从数十万到数百万不等。甲壳素在浓碱中加热处理后，就可以脱去部分乙酰基，得到壳聚糖，反应路线如下。
甲壳素_壳聚糖的制备与应用
甲壳素/壳聚糖的制备与应用 郭建民1,徐晓军2,李林1 (1.宁波市环境保护科学研究设计院,浙江宁波315010; 2.青岛建筑工程学院,山东青岛266000) [摘要]甲壳素/壳聚糖是一种资源丰富、用途广泛的天然高分子。简介了其物理化学性质及 常见的制备方法;详细介绍了功能化甲壳素/壳聚糖近期的研究状况;综述了甲壳素/壳聚糖的应用;展望了我国甲壳素/壳聚糖资源的开发利用趋势。[关键词]甲壳素;壳聚糖;制备;功能化;应用 [中图分类号]TQ282 [文献标识码]A [文章编号]1006-1878(2004)07-0126-03 甲壳素(chitin )学名为无水-N -乙酰基-D -氨基葡聚糖,是一种重要的天然高分子,其结构与纤维素相似,通常分子量为几百万,是多糖化合物中最重要的一种聚氨基葡萄糖。甲壳素因主要来源于节肢动物如虾、蟹等的甲壳而得名。它也广泛存在于低等植物如真菌、藻类的细胞壁中。据统计,自然界中每年甲壳素的生物合成量在1000kt 以上,可见其自然界储量之丰富。 壳聚糖(chitosan )是甲壳素脱乙酰化而得到的一种生物高分子。由于壳聚糖分子中有大量游离氨的存在,其溶解性大大优于甲壳素,兼具有甲壳素的天然、无毒、生物相容性好与易于降解等优点,所以壳聚糖有十分良好的经济应用价值。人们对壳聚糖的研究十分活跃,其应用领域也不断拓宽。 我国有着丰富的甲壳素资源。充分利用现有资源,结合区域优势,加强对甲壳素的开发研究及产业化是我国甲壳素化学工业发展的必然趋势。 1 甲壳素的提取 目前,甲壳素主要还是从工业废弃的虾、蟹壳中 提取。把甲壳中的甲壳素,蛋白质和无机物质分离开,最后再进行脱色,获得纯净的甲壳素,其工艺流程为:虾蟹壳—水洗—酸浸(6%HCl )—碱煮(10% NaOH )—脱色(KMnO 4)—干燥—甲壳素成品。可见甲壳素的制备过程主要由简单的酸碱处理 工艺组成,技术难度不大。但是以这种传统的工艺制得的甲壳素存在着一些不足,如溶解度不高,溶液过滤性差等。近年来又提出了一些新的方法,使传统工艺得到了改进。如采用浓度递减,循环酸浸以及脱蛋白质交叉工艺制取的甲壳素可以获得较高的粘度。但是在甲壳素的制取过程中,对于动物壳中 的蛋白质和有机肥料的综合利用程度低及工艺过程中排放的废水量大等缺点,仍然是甲壳素制备工艺中需要改进的问题。此外,从蚕蛹壳、蝉和蝇蛹中提取甲壳素都有过系统的报道。 由于壳聚糖还是真菌细胞壁的常见组成部分,因此以微生物发酵来制取壳聚糖也有着巨大的环保意义。陈忻等采用生物发酵放射毛霉为原料制备了壳聚糖。研究表明,在反应温度为28℃,摇床转速为250r/min ,p H 为7.4～7.6,培养时间为45h 的条件下,壳聚糖对菌丝体产率为15.68%,脱乙酰度85%～90%。谭天伟等提出了以发酵工业废菌丝体为原料生产壳聚糖的新工艺。该工艺成本低廉,经济效益可观。 2 甲壳素的功能化改性 活性侧基的存在,赋予甲壳素较之其他多糖更强的功能性,而通过化学修饰在高聚物骨架上引入其他基团,从而改变高分子的物理化学性质,赋予其新的功能,即高分子的功能化。它已经成为甲壳素应用研究的一个热点。甲壳素/壳聚糖的功能化主要是利用分子结构中的羟基/氨基等活性基团,通过对其进行酰化、酯化、交联、醚化等反应来完成。功能化后的甲壳素/壳聚糖的物化性质得到了改善而具有优异的功能。2.1 交联反应 为了使壳聚糖得到很好的应用,需要把它制成[收稿日期]2003-12-18;[修订日期]2004-02-12 [作者简介]郭建民(1977— )男,河北省宣化市人,宁波市环境保护科学研究设计院工程师,硕士,主要从事环保药剂的开发与三废处理技术研究。 ? 621?2004年第24卷 化 工 环 保 ENV IRONMEN TAL PRO TECTION OF CHEMICAL INDUSTR Y
壳聚糖及其衍生物的护肤作用(综述文章)
壳聚糖及其衍生物的护肤作用 何芷筠 （仲恺农业工程学院化学化工学院化学工程与工艺072广东广州510225） 摘要：壳聚糖及其衍生物是一种资源丰富、用途广泛的天然高分子材料。甲壳素、壳聚糖已经被广泛应用于日用化工、环保、食品工业、农业和医疗等行业。本文主要综述壳聚糖及其衍生物的保湿护肤作用与发展前景。 关键词：壳聚糖壳聚糖衍生物保湿护肤 1.引言 壳聚糖（Chitosan）是甲壳素脱乙酰化而得到的一种生物高分子。由于壳聚糖分子中有大量游离氨基的存在，其溶解性大大优于甲壳素，而且兼具有甲壳素的天然性、无免疫原性、无毒无味、生物相容性好与易于降解等优点，所以壳聚糖有十分良好的经济应用价值，在食品、环保、医药、化工等领域具有广阔的应用前景[1,2]。人们对壳聚糖的研究十分活跃，其应用领域也不断拓宽。 壳聚糖及其衍生物溶于酸性溶液形成直链聚阳离子，成膜性好，可附于角蛋白与类脂质上，有一定的水分调节功能。配入化妆品中具有保湿、抑菌作用，又不引起任何的过敏刺激反应[3,4]，是良好的护肤品原料之一。 2.1壳聚糖及其衍生物的护肤原理 壳聚糖来源于生物体结构物质，与人体细胞有很强的亲和性，可被体内的酶分解而吸收，对人体无毒性和副作用[5,6]。另外，虽然壳聚糖分子内和分子间存在许多氢键，使其分子比较僵硬和缠结在一起，在水中的溶解度降低。然而，对壳聚糖结构上的羟基、活泼的氨基等基团进行化学改性后得到的衍生物，由于分子中含有羟基、羧基等易溶于水的基团，使其在水中的溶解度大大提高[7]，从而使其具有良好的吸湿性、保湿性、纺丝性和成膜性。 此外，壳聚糖及其衍生物具有抑制细菌、霉菌生长的活性，是抗菌谱较广的天然抗菌物质，运用在护肤品上可起到保护皮肤的作用。 2.2壳聚糖及其衍生物在护肤品中的应用优势 壳聚糖及其衍生物在化妆品方面的应用主要是利用其优良的保湿增湿性能。壳聚糖本身具有成膜功能，又具有良好的透气性能，是一种强的吸湿剂与保湿剂，与传统的保湿增湿剂相比，壳聚糖及其衍生物的保湿增湿
壳聚糖制备
甲壳素的化学名称为(1,4)222乙酰胺基222脱 氧2β2D葡萄糖。当甲壳素通过脱乙酰基反应转变为壳聚糖时,由于游离胺基的产生,应用性大为增加。壳聚糖分子链上的胺基和羟基都是很好的配位基团,使其具有很多纤维素不具有的用途,它既是一种天然的高分子螯合剂,可与重金属离子如Hg2+、Cu2+、Ag+形成稳定的螯合物,用于提取回 收金属和从污水中去除有害的重金属离子[1,2] ,又是一种天然的阳离子型絮凝剂,能使水中的悬浮 物凝聚而沉降,用于污水的净化处理[3] 。表征壳聚糖性能的主要参数有:脱乙酰度和分子量,它们都受甲壳素脱乙酰化反应控制。因此甲壳素脱乙酰化反应是基础性研究工作,虽然已有一些论文报道了甲壳素脱乙酰化反应的研究结果[4] ,但尚不系统完全。另外由于壳聚糖的缩醛键结构,在H+ 的攻击下很容易水解,随着存贮时间的增长, 壳聚糖溶液的粘度将发生很大的变化,给应用带来影响。因此,对壳聚糖溶液存贮期间粘度变化的研究也是很有实际意义的。 1 实验部分 111 试剂及原料 所用试剂都是分析纯。甲壳素由青岛某生化公司提供。112 测定方法 脱乙酰度测定采用线性电位滴定法[5] ,溶液 粘度测定采用NDJ24型旋转粘度计测定 [6] 。 113 壳聚糖的制备 将甲壳素与氢氧化钠溶液在三口烧瓶中混合搅拌,在一定温度下回流一定时间后,过滤,洗涤,烘干,产物即为壳聚糖。114 壳聚糖的水解延缓将壳聚糖分别溶于醋酸水溶液,醋酸2乙醇水溶液,醋酸2甲醇水溶液,醋酸2丙酮水溶液,醋酸2丙酮2甲醇水溶液,常温下测定放置不同时间的上述各溶液的粘度。 2 结果和讨论 211 正交实验法确定反应条件 甲壳素脱乙酰化反应需在浓碱介质中进行,加温可有效地加速乙酰化反应,提高碱液浓度和延长反应时间也可以提高脱乙酰度。但是随着脱乙酰化反应条件的强化,甲壳素主链的降解也越来越严重,这又直接影响产品的质量。因此碱液浓度、温度和反应时间都是主要影响因素。控制脱乙酰化反应条件,就可获得不同脱乙酰度的壳聚糖。目前,常采用高温短时间反应和低温长时 间反应的壳聚糖碱液制备方法。韩怀芬等[7] 研究在100～120℃下反应2～4小时制备壳聚糖,脱乙酰度达89.31%。本实验在低温段80～90℃下反应12～16小时。 本实验首先进行三因素三水平L9(34 )正交实验,各因素和各水平见表1。实验结果见表2。对每个样品测其脱乙酰度。 表1 三因素三水平正交试验
壳聚糖及其衍生物在农业上的应用(精)
文章编号:1004- 1656(201101-0001-08壳聚糖及其衍生物在农业上的应用 陈佳阳1,乐学义 1,2* (1.华南农业大学理学院应用化学系,广东广州510642; 2.华南农业大学生物材料研究所,广东广州510642 收稿日期:2010-07-12;修回日期:2010-10-10基金项目:华南农业大学211工程项目(2009B010100001 联系人简介:乐学义(1961-,男,教授,主要从事生物无机化学研究。 Email :lexyfu@https://www.wendangku.net/doc/cf3116021.html, 摘要:壳聚糖是一种具有许多优良的特性且来源丰富的可再生绿色高分子材料。本文简要介绍了近几年来应用化学、 物理和酶催化三种方法对壳聚糖的改性。同时介绍了壳聚糖及其衍生物作为生物调节剂、农药、化肥和果蔬保鲜剂等在农业上应用的研究进展。关键词:壳聚糖;改性;植物调节剂;农药;果蔬保鲜中图分类号:O636.1 文献标识码:A Applications of chitosan and its derivatives in agricultural production CHEN Jia-yang 1,LE Xue-yi 1,2*
(1.Department of Applied Chemistry ,College of Sciences ,South China Agricultural University ,Guangzhou 510642,China ; 2.Institute for Biomaterial Engineering ,South China Agricultural University ,Guangzhou 510642,China Abstract :Chitosan is a kind of reproducible and green polymer material with various excellent qualities and abundant source.The main objective of the paper was to deptict methods of chemical ,physical and enzymatic of chitosan to modify chitosan.Moreovre ,the development of applications of chitosan and its derivatives in agricultural production were reviewed ,such as plant growth regulator ,pesticide ,fertilizer and fresh-keeping of fruits and vegetables. Key words :chitosan ;modification ;plant growth regulator ;agrochemicals ;fresh-keeping of fruits and vegetables 甲壳素(Chitin 存在于虾、蟹、昆虫等的外壳 中以及菌类、藻类低等植物细胞壁中,是自然界中产量排列第二的多糖类物质[1] 。在温度为120?C 时,对甲壳素进行碱性水解1-3h 可制得壳聚糖[2]。一般把脱乙酰度＞70%的甲壳素称为壳聚糖 [3] 。壳聚糖(Chitosan 又称脱乙酰几丁质、聚氨 基葡萄糖和可溶性甲壳素,是天然多糖中唯一的碱性多糖,也是迄今为止发现的唯一阳离子碱性多糖,其学名为(1,4-2氨基-2-脱氧-8-壳聚糖,结构与纤维素相似,无毒害、无味、易生物降解,不污染环境,且有良好的吸附性、成膜性、吸湿性等
壳聚糖及其衍生物的抗氧化性能及应用研究进展
壳聚糖及其衍生物的抗氧化性能及 应用研究进展 赵 盼，王 丽，孟祥红* (中国海洋大学海洋生命学院，山东 青岛 266003) 摘 要：对壳聚糖及其衍生物的抗氧化性能和应用进行综述。壳聚糖的抗氧化功能主要受其分子质量和脱乙酰度的影响；壳聚糖的醚化、酯化、酰化衍生物及金属配合物影响其抗氧化性能；壳聚糖及其衍生物在水果保鲜、果汁澄清和防褐变、食物保存、延缓衰老等方面具有广阔的应用前景。关键词：壳聚糖；衍生物；抗氧化；应用 Research Progress of Antioxidant Properties and Applications of Chitosan and Its Derivatives ZHAO Pan ，WANG Li ，MENG Xiang-hong* (College of Marine Life Science, Ocean University of China, Qingdao 266003, China) Abstract ：The antioxidant properties and applications of chitosan and its derivatives are reviewed in this paper. The antioxidant properties of chitosan are mainly determined by its molecular weight and degree of deacetylation. In addition, etherification,esterification, acylation and chelation with metal elements all also influence the antioxidant properties of chitosan. Chitosan and its derivatives have broad application prospects in fresh-keeping of fruits and vegetables, juice clarification, browning prevention,aging delay, and so on. Key words ：chitosan ；derivatives ；antioxidant properties ；application 中图分类号：TS201.2 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2010)15-0299-05 收稿日期：2010-01-28 作者简介：赵盼(1985—)，女，硕士研究生，研究方向为海洋活性物质和功能。E-mail ：panpanxbg@https://www.wendangku.net/doc/cf3116021.html, *通信作者：孟祥红(1973—)，男，副教授，博士，研究方向为海洋生物化学和生物材料。E-mail ：mengxh@https://www.wendangku.net/doc/cf3116021.html, 活性氧自由基(reactive oxygen species ，ROS)是指含有未配对电子的原子、分子或离子。超氧阴离子自由基(O 2?)﹑羟自由基(?OH)和脂自由基(ROO ?)是3种具有代表性的活性氧自由基[1]。这些自由基有很高的反应活性，具有强烈的引发脂质过氧化的作用。目前为止，由于氧化失衡引起的疾病已超过100多种[2]。此外，活性氧还会导致水果、蔬菜及果汁等在贮藏过程中的衰老和腐败，严重影响品质和口感，因而研究和开发具有抗氧化活性的物质具有重要的意义。天然抗氧化剂成分具有无毒或低毒以及良好的生物相容性等特点，已引起各国科学家的高度重视。 壳聚糖是甲壳素N -脱乙酰基的产物，化学名称是聚β(1,4)-2-氨基-2-脱氧-D -葡萄糖，是广泛存在于虾蟹、昆虫甲壳，真菌和植物细胞壁中的一种碱性多糖。研究表明壳聚糖具有清除自由基、保护机体免受过氧化损伤等作用[3-12]。但壳聚糖作为一种碱性多糖只能溶于酸溶液而不能溶于水溶液或碱性溶液，因此限制了其应 用，壳聚糖分子上分布着大量的活性氨基和羟基，通过化学改性可获得具有抗氧化特性的水溶性衍生物[13]。近年来，有关壳聚糖和其衍生物抗氧化方面的性质已有大量的报道[14-29]。本文主要就国内外研究进展进行综述，以期能为壳聚糖及其衍生物抗氧化特性的研究和应用提供参考。1 壳聚糖的抗氧化性能 有关壳聚糖抗氧化性能的报道最早见于1998年，Xue 等[4]发现壳聚糖可以显著抑制脂质体的过氧化。随后有关壳聚糖抗氧化性能方面的研究越来越多。目前，针对壳聚糖抗氧化性能的研究主要集中在以下两个方面：1.1分子质量对壳聚糖抗氧化性能的影响 多数研究者认为，壳聚糖分子质量越低抗氧化性能越好，随着分子质量不断增大抗氧化性能反而有一定程度的下降。例如Xing 等[5]分别用分子质量为76×104、