甲壳素及壳聚糖及其衍生物在药物制剂中的应用和前景
甲壳素和壳聚糖的应用及发展前景
文章编号:1673-2340(2006)01-0029-05甲壳素和壳聚糖的应用及发展前景张伟,林红,陈宇岳(苏州大学材料工程学院,江苏苏州215021)摘要:文章介绍了甲壳素和壳聚糖的结构与性能,综述分析了甲壳素和壳聚糖在各个领域的应用情况,归纳总结了甲壳素和壳聚糖在应用方面存在的问题及发展前景.关键词:甲壳素;壳聚糖;应用中图分类号:T S102.51+2文献标识码:A基金项目:国家自然科学基金项目(50073013)作者简介:张伟(1982-),女,江苏盐城人,苏州大学材料工程学院硕士生;陈宇岳(1962-),男,江苏海门人,苏州大学材料工程学院教授,博导,主要从事纤维资源的开发及改性技术研究.The A pp lication and the Develo p ment Fore g round of Chitin and ChitosanZHANG W ei ,LIN H on g ,CHEN Y u -y ue(S chool of M aterial En g ineerin g ,S oochow Universit y ,Suzhou 215021,China )Abstract :T he structure and the p erform ance of chitin and chitosan are introduced and the a pp lication of chitin and chitosan in various fields is anal y zed in this p a p er.T he ex istin g p roblems and the develo p m ent fore g round of chitin and chitosan are sum 2m arized in this p a p er.K e y w ords :chitin ;chitosan ;a pp lication我国南宋学者朱熹早在12世纪就提出了“天无弃物”的观点,但长期以来人类开发和利用废弃物等物质资源的广度、深度和有效程度却始终受到科学技术和经济条件的制约.直至1811年,法国人于大自然中最早发现了甲壳素,之后于1859年又发现了甲壳素的脱乙酰基产物壳聚糖———一种唯一的碱性天然多糖.近几十年来,甲壳素和壳聚糖已成为日、美等国家的热门研究课题.据统计,近十年来日本平均每3天就申请1项有关甲壳素或壳聚糖的专利.我国从20世纪中期也开始开展有关的研究和产品开发,且很快成为生产壳聚糖的主要国家[1].1甲壳素、壳聚糖的结构和性能甲壳素,又名甲壳质、壳多糖等,化学名为聚[(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D -葡萄糖],是一种天然高分子多糖,主要分布于自然界甲壳纲动物的甲壳、昆虫的甲壳和一些低等植物(如真菌、藻类)的细胞壁中.壳聚糖是甲壳素经浓碱溶液处理后脱去乙酰基的产物,又名甲壳胺、脱乙酰甲壳素,化学名(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D -葡萄糖.甲壳质与壳聚糖可分别看作是纤维素的C 2位—OH 基被—CH 3CONH 和—NH 2基取代后的产物.甲壳素呈灰白色或白色片状,是半透明的无定型固体,相对分子质量因原料的不同而有数十万到数百万不等,它不溶于水、稀碱、稀酸及一般有机溶剂,可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸.壳聚糖是白色或灰白色片状、粉末状固体,无毒,无味,略带珍珠光泽,因原料不同和制备方法不同,相对分子质量也从数十万至数百万不等.它不溶于水和碱溶液,可溶于大多数稀酸如盐酸、醋酸、环烷酸和苯甲酸等.由于甲壳素和壳聚糖的分子中含有—OH 基、—NH 2基、吡喃环、氧桥等功能基,因此在一定的条件下,能发生生物降解、水解、烷基化、磺化、硝化、卤化、酰基化、氧化还原、缩合、络合等化学反应,从而生成各种具有不同性能的甲壳素衍生物,扩大了甲壳素的应用范围.甲壳素和壳聚糖均具有非常复杂的双螺旋结构,且甲壳素或壳聚糖的结构单元不是单糖(N -乙酰氨基葡萄糖或氨基葡萄糖),而是二糖[1].南通大学学报(自然科学版)Journal of Nanton g Universit y (Natural S cience )第5卷第1期2006年3月V ol.5N o.1M ar.2006・30・南通大学学报(自然科学版)2006年影响甲壳素和壳聚糖性质的因素主要有脱乙酰度、聚合度和纯度.脱乙酰度越高,分子链上的游离氨基越多,离子化强度越高,也就越易溶于水;聚合度越高,其溶液的粘度就越高,脱乙酰度越低,其溶液的粘度也越高[1].如果要将甲壳素和壳聚糖运用到纺织行业,制成纤维,则还应考虑纤维的线密度、断裂强度、断裂伸长、平衡回潮率等影响性质的指标[2].2甲壳素和壳聚糖的应用甲壳素和壳聚糖具有许多天然的优良性质,如吸湿透气性、反应活性、生物相容性、生物可降解性、无抗原性、无致炎性、无有害降解产物、吸附性、粘合性、抗菌性和安全性等,从而被广泛应用于纺织工业、生物医学和日用环保等方面.2.1在纺织工业领域的应用2.1.1抗菌整理由于纺织品极易附着微生物,为微生物的繁殖和传播创造了条件,从而易造成疾病的传播,因此对纺织品进行抗菌处理或赋予织物杀菌或抑菌功能,可减弱细菌对人体的侵害.壳聚糖具有广谱抗菌性,实验证明对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、乳酸杆菌等常见菌种都有明显的抑制作用,且由于壳聚糖的水不溶性,经多次洗涤后的抗菌效果也不会减弱.有关壳聚糖抑菌特性的报道最早见于1979年[3], Allan等发现壳聚糖有广谱抗菌性,其抗菌机理目前主要有两种理论.一是认为壳聚糖的抑菌性主要来源于分子链上带正电荷的—NH3+.细菌的细胞带负电荷,带正电荷的基团与微生物细胞壁表面的阴离子相结合,从而束缚了微生物的自由度,在表面形成的一层高分子膜阻碍了微生物细胞内外营养物质的输送,并使微生物发生絮凝、聚沉,从而抑制其生长能力.壳聚糖的抑菌能力受其游离氨基数量的影响.二是认为低分子量的壳聚糖分子侵入到微生物细胞内,阻碍微生物的遗传密码由DNA向RNA复制,扰乱了细胞正常的生理活动,从而阻碍微生物的繁殖,最终起到抗菌的目的.甲壳素纤维含量为25%的棉织物和涤棉混纺织物的染色和漂白产品均具有明显的抗菌效果,且耐久性好.甲壳素纤维棉织物和甲壳素纤维涤棉混纺织物对大肠杆菌的平均抑菌率分别为92.86%和93.27%,对金黄色葡萄球菌的平均抑菌率分别为99.92%和98.23%[4].经壳聚糖的醋酸溶液处理后的真丝织物,随着壳聚糖附着率的增加,其抑菌性也得到提高.当壳聚糖附着率为0.9%时,处理后微生物的繁殖量仅为处理前的1/30,具有优良的抗菌性[5].东华大学研究者对经壳聚糖处理后的棉织物的抗菌性进行测试,发现壳聚糖与棉织物中的纤维素通过氢键结合,并发生一定程度的化学交联,且抗菌性随着壳聚糖分子量的降低和脱乙酰度的增大而有所提高[6].2.1.2抗皱整理将壳聚糖溶于乙酸溶液中,在一定工艺条件下对织物进行浸轧处理,可提高织物的抗折皱性能.由于壳聚糖分子和纤维素分子的相似性和所带电荷的不同性,使两者具有非常好的亲和力[4].经壳聚糖溶液处理后的棉织物其折皱回复角(经纬向之和)可提高到150°～190°,且在防皱整理过程中,无毒、无环境污染,与传统的低甲醛整理剂相比,整理后的织物不泛黄,白度、强力、耐水洗性能较好.添加适量的柔软剂和催化剂后,还可作为永久性防皱整理剂使用,适合对纯棉厚、薄型织物进行整理,会大大改善其抗皱性能[7].经壳聚糖溶液与乙酸酐乙醇的混合体系处理后的亚麻织物,表面可形成一层整理膜,该膜与亚麻纤维有很强的亲和力.由于形成的整理膜增加了纤维无定形区的强度,故可大大提高织物的抗折皱性能,折皱回复角可提高60%～70%[3].此外,经壳聚糖的醋酸溶液处理后的真丝织物其折皱回复角也可由23.5°提高到28.5°,从而使真丝织物具有更好的悬垂性,且处理后的真丝织物,其原有的光泽与色牢度可保持不变[5].2.1.3抗静电整理[3]由于壳聚糖分子中含有—NH3+,因此与纤维相结合后能产生一定的抗静电功能.在处理过程中加入一定的交联剂和催化剂可大大提高织物的抗静电耐久性.其抗静电机理主要有三种说法:一是壳聚糖赋予纤维的离子导电性可使静电荷发生泄漏;二是带正电荷的壳聚糖分子可与纤维表面的负电荷发生中和;三是壳聚糖的吸湿性使纤维表面储蓄了大量的水膜,从而提高了表面的电导率.2.1.4染色中的固色作用由于壳聚糖与纤维素具有相似的结构,很容易吸附在织物上,同时带正电荷的壳聚糖可以提高阴离子染料的上染率和固色率.此外,壳聚糖本身具有优良的吸湿透气性、反应活性、吸附性、粘合性等,在染整的多个工序中也均可应用.壳聚糖用于染色・31・前处理,可提高织物的吸色性能,使染色增深,从而节约染料;用于涂料染色和印花,可作为粘合剂和固色剂;用于染色后整理,可提高织物的染色牢度,并使织物获得一定的抗皱性、抗菌性和抗静电性[3].经壳聚糖处理后的羊毛织物能消除染色中的色泽差异,提高上染率,从而起到匀染和助染的作用[5].由于壳聚糖分子中含有大量的—NH2与—OH,可与纤维活性基团—OH与—NH2以氢键或共价键结合,又由于壳聚糖是含氮的阴离子型聚合物,除阳离子型染料外,几乎不会与其它染料生成不溶性沉淀.因此壳聚糖被公认为是阴离子型染料的理想固色剂.壳聚糖在这些方面的应用已经是近几年来的热点,但其在工艺过程和应用效果方面还需要进一步的研究和探索. 2.1.5毛织物的防毡缩整理由于壳聚糖能填充到羊毛鳞片的夹角内,因此不用包覆整根纤维,即可起到防毡缩的作用.经壳聚糖的醋酸溶液处理后的羊毛织物,其摩擦系数和定向摩擦效应会减小,从而使缩绒性降低,且壳聚糖吸附量越多,定向摩擦效应就越小.经二氯异氰脲酸钠(DCCA)预处理后的羊毛织物再经壳聚糖处理后,其防缩能力会更好.在70℃下用碱性过氧化氢预处理1h后再用1%壳聚糖处理也可使羊毛具有防缩性[5].此外,用次氯酸钠和高锰酸钾的混合溶液对纤维进行氧化处理后再用壳聚糖进行整理,可以起到更好的防毡缩效果,且不会造成环境污染,具有广阔的应用前景.壳聚糖作为一种离子型化合物对蛋白质也有很好的亲和力,用其来处理毛织物,还可赋予织物特殊的风格[4].2.2在生物医学领域的应用2.2.1医学敷料壳聚糖具有促进血液凝固、抗炎的作用[8],可舒缓伤口疼痛.Allen等[9]发现壳聚糖与伤口接触时能起到清凉而舒服的润肤作用,可用作止血剂以及真皮溃疡、腿部溃疡、烧伤、擦伤、眼部整形等的辅助治疗药物.此外壳聚糖还可用于伤口填料物质,具有杀菌、促进伤口愈合、吸收伤口渗出物、不易脱水收缩,减少疤痕的生成等作用.T anabe等[9]用角蛋白、壳聚糖与甘油共混制得蛋白膜,力学性能和抗菌性能优良,可以促进纤维母细胞的粘附与增殖,加速伤口的愈合.近来还出现了一种双层壳聚糖敷料,这种敷料通常由海绵状的内层和起保护作用的表层组成,具有良好的透气性,可防止伤口感染和脱水,从而促进其愈合.由于具有良好的、天然的生物相容性,甲壳素、壳聚糖及其衍生物可以通过粉、膜、无纺布、胶带、溶液、绷带、干凝胶、水凝胶、洗液、棉纸、乳膏等多种形式制成伤口敷料,目前已经成为甲壳素和壳聚糖研究的热点话题[2,8,10].2.2.2药物缓释剂壳聚糖具有很好的生物相容性,且无毒性,能被生物体完全吸收,因此用它作药物缓释剂具有较大的优越性.改性后的壳聚糖可以作为一种母体被应用于可移植抗生素释放体系中,从而维持嵌入器官内治疗癌症的小管或假体周围的杀菌浓度[11].此外,可生物降解的壳聚糖微球体能控制抗肿瘤药物的释放量[2].壳聚糖、明胶、果糖和天然高分子材料在醛类交联剂的作用下可合成壳聚糖凝胶,该凝胶易被人体消化吸收,可作为药物控制释放的载体,在医药领域有着广泛的应用前景[12].2.2.3免疫调节功能壳聚糖具有激活补体系统、介导补体系统的系列生物学效应.它作为细菌多糖的类似物,能活化巨噬细胞,提高干扰素活性[12],增强它在其它免疫应答中的协同效应,从而实现机体对T细胞、NK细胞和B细胞的调节,介导机体的细胞免疫应答和体液免疫应答.壳聚糖可以在人体肠道内活化增殖双歧杆菌,提高机体免疫力[13].由此可见,壳聚糖还具有对机体的免疫调节及增强作用[10].2.2.4仿制人造器官壳聚糖与磷酸钙复合可替代骨,用于骨的修补及牙的填料;壳聚糖衍生物与聚酯复合可用作人造血管.由Abew idra推出的一种修饰烧伤、溃疡及皮肤感染的新型材料“人造皮肤”,不但具有与天然皮肤极其相似的功能,而且可以使伤口免受细菌的感染,从而促进伤口愈合[10].日本将甲壳素粉溶解在酰胺溶液中制成10%的溶液,再经喷丝凝固制成人工皮肤,贴于创面可以保湿,形成表皮后会干燥并自动与创面剥离[12].以高质量的甲壳素可制成高强度的手术缝合线,这种手术线能被生物体内的溶菌酶降解而吸收,伤口愈合后可以免受拆线之苦,且不会产生过敏反应,能更好地满足临床要求[4].此外,还可以利用壳聚糖良好的粘合性开发出鼻骨递送系统、翳障绷带透镜和其他可生物降解的手术内植组织[2]. 2.2.5酶的载体壳聚糖的水解产物壳低聚糖具有独特的生理活性和功能性质[13],是一种良好的蛋白质和酶的载体.在壳聚糖上现已成功固定了酸碱性磷酸酶、葡萄糖张伟,等:甲壳素和壳聚糖的应用及发展前景・32・南通大学学报(自然科学版)2006年淀粉酶、D-葡萄糖异构酶、胰蛋白酶、L-天门冬酰胺酶、青霉素酰化酶、转化酶、纤维素及半纤维素酶等.日本也已制成了专用于固定酶用的壳聚糖多孔颗粒[1,10].2.2.6生物膜壳聚糖溶液与具有阴离子的藻酸溶液相互作用可形成一种不溶于水的生物膜,这种生物膜具有良好的生物相容性和生物活性,能渗透细胞产物胰岛素,可被移植到切除了胰脏的动物体内用来控制血糖浓度[10].壳聚糖还可作为冷冻保存细胞的单体,保存后的细胞存活率高,且操作简便[14].2.2.7动、植物生理调节剂壳聚糖可诱导植物组织产生甲壳素酶,从而阻碍植物病原菌的增殖.经壳聚糖处理后的小麦和萝卜可明显减少病虫的侵害,产量可提高7%～13%[15].用壳聚糖还可以合成植物防治剂,它具有良好的杀虫机制,可抑制害虫的繁殖.甲壳素及其衍生物能调节植物的生长发育,提高植物的免疫能力,增强植物的抗病、抗倒、抗低温等抗逆能力[2,12].任明兴等采用叶面喷施的方法,对壳聚糖在茶树上的应用效应进行了研究,发现壳聚糖能促进茶树芽叶的萌发和生长,提高茶叶产量[16].另外,壳聚糖可以与Cu、Fe、Mn、Zn、C o等微量元素螯合,生成稳定的可溶于水的螯合物,以利于动植物的吸收和利用,从而对农作物或畜禽的生长起到促进作用[2].甲壳素还可用作化肥缓释剂,提高化肥利用率;作为饲料添加剂,增强畜禽免疫力,提高畜禽的生产性能[17].2.3在日用环保领域的应用2.3.1日用加工由于其良好的生物安全性和生物功能性,壳聚糖在食品加工业上可用作食品填充剂、食物保鲜剂、增稠剂、食品抗氧化剂、果汁脱酸剂、果汁澄清剂、保水剂、稳定剂、脱色剂、乳化剂、抗菌剂、食品防腐剂、香味增补剂和功能性甜味剂等,且应用潜力非常大[12,18-19].由于壳聚糖的安全性、无毒性和可被生物降解性,在食品的涂膜保鲜方面也倍受研究人员的重视.徐清海等[19]以壳聚糖作为涂膜剂对南果梨进行常温保鲜实验.结果表明,以1.5%浓度壳聚糖涂膜的南果梨,其硬度、VC含量与新鲜南果梨接近,失重率、保鲜效果明显优于对照组,常温下可贮存50d以上.张敏等[20]用1.0%的羧甲基壳聚糖(NOCC)、2%的丙二醇、1.5%的聚乙烯醇和0.05%的尼伯金丙酯制成的HCF保鲜剂,涂膜桃后进行冷藏(3～5℃),可以明显延长桃的存储时间.由于壳聚糖具有三调节(免疫调节、p H值调节、荷尔蒙调节),三排除(排除有害胆固醇、排除体内金属离子、排除农药及体内自由基等毒素),三降(降血脂、降血糖、降血压)作用,因此被认为是继维他命丸、麦乳精以及卵磷脂、螺旋藻之后的第二代保健食品[21].目前,壳聚糖已被USFDA确认属“通常公认为是安全的(G RAS)”物质,这将进一步为壳聚糖用于食品工业扫清障碍[22].利用壳聚糖及其衍生物良好的吸湿性、成膜性、透过性、抑菌性、抗静电性、保湿性、防尘性和活化细胞的功能,还可以加工制成各种高级护肤品、洗发液、沐浴液、染发香波、护发素、润发素、定型发胶摩丝、各种头发调理剂以及不同的护肤粉剂、唇膏、指甲油和眉笔等.美国Am erchol公司在开发这方面产品上比较成功[2,10,12,23].2.3.2环保由于甲壳素/壳聚糖纤维制品对人体的耐刺激性、急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性和过敏性毒性均属合格,因此是一种真正的安全环保纤维[24].壳聚糖作为一种天然高分子絮凝剂,对H g2+、N i2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、A g+等金属离子具有螯合吸附作用和离子交换作用,可用于治理重金属废水,吸附染料、蛋白质、氨基酸、核酸、酶、卤素等,净化自来水及在湿法冶金中分离金属离子等.叶筠等[25]用壳聚糖季铵盐对炼油废水进行絮凝处理,其除油除浊效率高,且有较好的杀菌作用.壳聚糖的其他衍生物,还可将CH3H g C l、CH3H g OAC除去,亦可从海水中提铀[26-27].另外,用甲壳素和壳聚糖制成的薄膜,柔韧性好、无毒、无副作用,优于当前广泛使用的聚砜膜,且其制膜设备和工艺简便,在污水处理方面也起到一定的作用[28].壳聚糖作为一种可生物降解高分子材料,还可用于治理当前流行的“白色污染”[25]问题,且已成为研究的热点.由此可见,甲壳素和壳聚糖在环保方面的开发潜力不容低估.3存在问题及发展前景甲壳素和壳聚糖是一种新材料,对人类社会的发展与进步有着巨大的作用,应用已涉及化学、医药、食品、农业、环保等许多领域.但迄今为止,有关甲壳素、壳聚糖的应用与研究还存在着一些问题:首・33・张伟,等:甲壳素和壳聚糖的应用及发展前景汁光先,由于壳聚糖分子结构中的氨基能与羟基形成强的分子间氢键,壳聚糖只能溶于酸性水溶液中,不能溶于水和有机溶剂,在酸性溶液中会发生降解,使分子量下降,在弱酸性介质中易发生沉淀,这些都妨碍了它的应用领域和范围.因此,对壳聚糖进行化学改性,也是壳聚糖应用研究的一个重要内容[1].其次是甲壳素产品的高成本和环境污染问题.以壳聚糖用作废水处理吸附剂为例,这种产品比人工合成的石油基聚合物产品效果好,但成本几乎是人工合成产品的两倍,而且在生产甲壳素和壳聚糖的过程中会造成环境污染,生产中使用大量具有腐蚀性的酸,易对环境造成潜在危害,同时加工设备必须耐腐蚀,这势必又会抬高生产成本,因而阻碍了甲壳素和壳聚糖产品的研发和商业推广.再次,甲壳类动物栖居的水域很有可能受重金属污染,如汞、银、铬、铅等,这些有害元素也会对环境造成一定的危害.最后,在甲壳上微生物较易繁殖,因而容易由于微生物污染而造成品质劣化问题[2].因此,甲壳素、壳聚糖及其衍生物的改性研究将是未来一段时间内研究人员的热门课题.曾有科学家预言“21世纪将是甲壳素的世纪”[29],说明甲壳素和壳聚糖的多种优良特性及其丰富的资源必将使其有着更加广泛的应用前景,在我们的生活中也将扮演着更加重要的角色.参考文献:[1]蒋挺大.壳聚糖[M].北京:化学工业出版社,2001.[2]季益萍.甲壳素和壳聚糖的应用[J ].品质性能分析,2004(12):35-37.[3]李连举,黄仲丽.壳聚糖在纺织品染整中的应用功能分析[J ].河南纺织高等专科学校学报,2004,16(4):4-6.[4]方景芳.甲壳质及壳聚糖在纺织工业中的应用[J ].科技前沿,2004(7):154-156.[5]鲍萍,曹书梅.壳聚糖在蛋白质纤维织物中的应用[J ].毛纺科技,2000(5):42-44.[6]许莹,陈建勇.壳聚糖与纤维素的结合及其抗菌性能的研究[J ].印染,2002(2):1-3.[7]王华锋,陈宇岳,林红.棉纤维的研究进展及发展趋势[J ].苏州大学学报,2003,23(4):12-19.[8]韩少平.壳聚糖在眼科的应用[J ].国外医学,2004,28(2):77-79.[9]陈煜,窦桂芳,罗运军,等.甲壳素和壳聚糖在伤口敷料中的应用[J ].高分子通报,2005,2(1):94-99.[10]朱启忠,赵宏,韩晓弟.壳聚糖及其应用[J ].资源开发,2005,21(1):63-64.[11]Shobhan Sabnis ,Lawrence H Block.Chitosan as an enablin gex ci p ient for dru g deliver y s y stems :I.M olecular m odifications[J ].International Journal of Biolo g ical M acrom olecules ,2000(27):181-186.[12]黄华芹,高,李文国.壳聚糖在纺织工业中的应用研究[J ].针织工业,2003(2):125-127.[13]王艳.产壳聚糖酶菌株的生物学特性及抑菌性能研究[J ].生物技术,2004,14(5):25-28.[14]高怀生.壳聚糖及其在药物制剂和生物技术中的应用[J ].国外医学和药学,1996,23(10):279-283.[15]徐健.天然高分子甲壳素/壳聚糖在生物和医药方面的应用[J ].大学化学,1994,6(9):22-25.[16]任明兴,骆耀平,汤玉平.壳聚糖在茶树上的应用效应[J ].茶叶,2004,30(4):221-223.[17]吕福堂.甲壳素及其应用[J ].生物学通报,2003,38(12):21-22.[18]顾芯,刘景顺.新型天然食品防腐剂壳聚糖-中药复合制剂的研究与应用[J ].郑州粮食学院学报,1995(12):1-15.[19]张声辉.壳聚糖制作果蔬涂膜保鲜剂的研究[J ].广西轻工业,1998(1):27-28.[20]单春会,童军茂,冯世江.壳聚糖及其衍生物涂膜保鲜果蔬的研究现状与展望[J ].食品工业,2004(12):29-31.[21]赖凤英.壳聚糖在食品工业中的应用[J ].中国甜菜糖业,2004(6):28-30.[22]吴小勇,曾庆孝,阮征.壳聚糖的抑菌机理及抑菌特性研究进展[J ].中国食品添加剂,2004(6):46-49.[23]南伟,孙爱兰.壳聚糖及低聚壳聚糖在日用化妆品中的应用[J ].化工进展,2003,22(12):1304-1307.[24]徐超武.新型绿色保健纤维-甲壳素/壳聚糖纤维[J ].四川丝绸,2004(4):16-18.[25]胡宗智.天然高分子壳聚糖在环保领域中的研究及应用[J ].云南化工,2004,31(4):20-22.[26]陈世清.甲壳素和壳聚糖在工业废水处理中的应用[J ].工业废水处理,1996,16(2):1-2.[27]张廷安.壳聚糖絮凝处理含镉废水的研究[J ].稀有金属与硬质合金,1993(6):84.[28]赵丽,王萍.甲壳素和壳聚糖在水处理中的应用[J ].化工环保,2003,23(4):213-216.[29]赵云强,方伊.甲壳素、壳聚糖的综合应用及其发展前景[J ].贵州化工,2001,26(1):10-13.。
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。
甲壳素及其衍生物在中药制药中的应用和前景
甲壳素及其衍生物在中药制药中的应用和前景
刘冬梅;刘振涛
【期刊名称】《科学与财富》
【年(卷),期】2015(7)7
【摘要】我国的医药行业正在迅猛发展，在中药制药工作中会涉及到甲壳素及其衍生物。
甲壳素及其衍生物的应用不仅可以提升药物的药效，还可以对药物中大量的金属离子进行有效地遏制。
甲壳素本身的降解性能比较明显，因此，在应用的过程中，医药研究人员需要对生物的相容性加强控制，甲壳素在中药制剂中起到至关重要的作用，也是一种不可缺少的材质，本文中，笔者主要对甲壳素及其衍生物在中药制药中的应用情况进行分析，并且对其应用前景进行展望，仅供参考。
【总页数】1页(P515-515)
【作者】刘冬梅;刘振涛
【作者单位】黑龙江乌苏里江制药有限公司黑龙江虎林;黑龙江乌苏里江制药有限公司黑龙江虎林
【正文语种】中文
【相关文献】
1.甲壳素及其衍生物在制剂中的应用和前景
2.甲壳素及其衍生物的生产和应用前景
3.甲壳素及其衍生物在中药制剂中应用及前景
4.壳聚糖及其衍生物在中药制药工业中的应用
5.甲壳素及其衍生物在包装印刷业中的应用前景分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
甲壳素／壳聚糖及其衍生物的开发与应用进展
业中 ， 甲壳索／ 壳聚糖及 其衍生物可作为食品及蔬菜水果的保 鲜剂 、 饮料的澄清剂 ， 并对人体有 保健作用； 掭加
于化妆品中 ， 它具有保湿 、 透气 、 消除毒煮、 防紫外线等作用； 用于医药中 ， 它有降血脂 、 血糖 、 血压， 治疗缺血性
贫血 等 功 能 。 关键词 ： 甲壳 索 ； 聚糖 ；衍 生 物 ； 用 壳 应
量为 ８０ ～ １． ， ． ｏ ０ 可溶性 固形物 含 量为 １ ～ １ ， 实甜 度和香 味增 加 ， ６ ７ 果 酸度 下降． 陈安和 等 研
究 了 甲壳 素衍 生物 对 草莓 的保 鲜 作用 ， 明经 处理 的草 莓 储存 １ ￣２ ｄ 其 Ｓ 表 ５ ０ ， ＯＤ（ 氧化歧 化 酶） 力 超 活 比未 处理 的高 ２ ． ～５ ． ， ｃ含量高 ７ ～１ ５ “ ． ０１ ３４ Ｖ ８ ］１种商 品名为 Ｎｕ ｒ Ｓ ｖ ６ ｔｉ ａ ｅ的 Ｎ Ｃ（ Ｏ一 ， ＯＣ Ｎ，
２ 应 用
２ １ 在 食 品 Ｉ 业 中的 应 用 ．
２ １１ 保 鲜剂 壳聚 糖及其衍 生物 用 作保鲜剂 主要 是利 用其成膜性 和 抑菌 作用． 聚糖 的保鲜 剂 ，． 左右 就 能 抑制 多种 细 菌的生 长． ０２ 以甲壳 索／ 聚糖 为 主要 成分 配 制 成果 壳
Ｖ。 ． ６ Ｎ ｏ． １２ ２
Ｍ ａ ．２ ０２ ｒ ０
甲壳 素／ 聚糖 及 其 衍 生物 的开 发 与应 用进展 壳
周 友 亚
（ 河北 师 范大 学 化 学 学 院 ． 北 石 家 庄 河 ００９） ５ ０ １
摘
要 ： 甲壳索／ 对 壳聚糖及其衍生物在食 品工业 、 化妆品 、 医药等方面的应用情况进行 了综述． 在食品工
甲壳素、壳聚糖及其衍生物在生物医药领域中的应用研究近况
甲壳素、壳聚糖及其衍生物在生物医药领域中的应用研究近况赵庆美;逯全县;田勇
【期刊名称】《化工时刊》
【年(卷),期】2006(020)005
【摘要】随着甲壳素、壳聚糖及其衍生物研究的迅速发展,其研究内容和应用范围越来越广泛.本文主要介绍了它的发展,性质,提取及加工方法以及其在生物医药领域方面的应用和发展研究近况.
【总页数】4页(P74-77)
【作者】赵庆美;逯全县;田勇
【作者单位】长江大学化工与环境工程学院化工与材料系,湖北,荆州,434023;毛勒桥梁附件有限公司,江苏,南京,211500;毛勒桥梁附件有限公司,江苏,南京,211500【正文语种】中文
【中图分类】TQ46
【相关文献】
1.仪器分析在甲壳素与壳聚糖及其衍生物中的应用 [J], 罗序燕;朱传华
2.甲壳素/壳聚糖及其衍生物在环境领域中的研究进展 [J], 陈津津
3.甲壳素/壳聚糖及其衍生物的最新应用进展 [J], 董静
4.甲壳素及其衍生物壳聚糖的应用研究进展 [J], 李区
5.甲壳素与甲壳胺纤维 4.纤维在生物医药领域中的应用 [J], 秦益民
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
壳聚糖及衍生物在药物制剂中的应用效果
功能发挥的影响因素，包括甲壳素自身的化学与物理特性、 甲壳素的制备、原料的分类等[5]。因此，在制备壳聚糖时， 严格依照有关规定，在选择甲壳素原料种类时，采取规范且 科学的时间、温度、程序等，分析脱乙酰度的分子质量，并 细致分析与探讨溶解性，做好制备壳聚糖的准备工作，完善 有关工艺流程。在制备壳聚糖及衍生物时，第一步是挑选虾 壳，将虾壳处理干净，取酸溶液浸泡；第二步是将无机盐壳 去除，清洗脱蛋白，漂白，晾晒，形成甲壳素；第三步是选择 合理的浓度、温度，在清洗与晾晒以后，获取壳聚糖。 2.3 壳聚糖衍生物的制备方式
壳聚糖属于脱乙酰基衍生物，在分析化学特性时可见， 壳聚糖的黏性很强，且在自身特殊化学结构组织下，交联 产物不易溶解[1]。也正是由于壳聚糖的可溶性良好，临床应 用过程中不易降解，无毒害作用，被视为新型缓释药物，广 泛应用于临床[2]。大量临床实践表明，壳聚糖及衍生物具有 显著的应用价值。本研究将重点分析壳聚糖及衍生物的临 床应用。 1 资料与方法
查询壳聚糖及衍生物的生物制剂、临床应用相关文章， 排除老旧文章。资料的主要获取途径为万方、知网，分析壳 聚糖及衍生物的生物制剂、临床应用等方面文章，检索时间 为2005年1月—2020年1月，仔细检查与审阅这些文章，并深 入分析、探讨相关内容。 2 结果 2.1 壳聚糖自身的化学与物理特点
分析壳聚糖的构成特点，结果可见，壳聚糖由灰白色、白 色固体构成，最终展现半透明状态。分析化学与物理特性以 后，可见显著的临床特性[3]，详细如下：（1）壳聚糖及衍生物 在碱溶液、水溶液中不易溶解，可溶于低浓度无机酸。当呈 现黏稠状态时，表明壳聚糖及衍生物在酸性溶液中逐渐溶 解，溶解以后产生壳聚糖分子；（2）壳聚糖溶液中的正电荷 多聚电解质更多，吸附特性良好，使用效果良好[4]；（3）壳聚 糖的溶解度和自身的化学特性存在直接联系，如分子质量 等。在深入研究化学特性后可知，随着脱乙酰度的提升以及 分子质量的降低，在水溶液中更易溶解，形成水溶液；与此 相反，随着脱乙酰度的降低以及自身分子质量的提升，在水 中更不易溶解，也不会形成水溶液。 2.2 壳聚糖的制备方法
甲壳素_壳聚糖及其衍生物的应用_王小红
综述甲壳素、壳聚糖及其衍生物的应用王小红 马建标 何炳林(南开大学高分子化学研究所,吸附分离功能高分子材料国家重点实验室,天津 300071)摘 要: 随着甲壳素、壳聚糖及其衍生物研究的迅速发展,其研究内容和应用范围越来越广泛。
从发展历史、性质、提取及加工方法、应用、发展前景几个方面对其进行简要评述。
关键词: 甲壳素;壳聚糖中图分类号: 0636 文献标识码: A 文章编号: 1004-9843(1999)02-0197-06甲壳素(Chitin )又名甲壳质、几丁质、壳多糖、虫膜质、蟹壳素、聚乙酰氨基葡萄糖等〔1〕,是一种维持和保护甲壳动物和微生物躯体的线性氨基多糖,广泛存在于节足动物类(蜘蛛类、甲壳类)的翅膀或外壳中,也存在于真菌和藻类的细胞壁中〔2〕。
甲壳素是一种丰富的自然资源,每年生物合成近十亿吨之多,在蟹、虾、龙虾等水产品加工后的甲壳废弃物中甲壳素的含量达到10～30%。
甲壳素一般与蛋白质或碳酸钙或两者同时紧密缔合在一起形成一种络合体。
甲壳素的化学名为β-(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D -葡聚糖,也称为聚(N -乙酰基-D -葡糖胺)。
由于-O …H -O -型及-O …H -N -型氨键的作用,使甲壳素大分子间存在有序结构。
甲壳素因晶态结构不同,有α、β、γ三种多晶物。
壳聚糖(Chitosan 简称CS 〔3〕)又称脱乙酰几丁质、聚氨基葡萄糖、可溶性甲壳素、粘性甲壳素,是由甲壳素经脱乙酰化反应转化变成的分子量为12～59万的生物大分子。
壳聚糖的化学名为聚(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D -葡聚糖。
其分子链中因脱乙酰基不完全通常含有2-乙酰氨基葡萄糖和2-氨基葡萄糖两种结构单元,两者的比例随脱乙酰化程度而异。
甲壳素含有羟基,壳聚糖同时含有氨基和羟基,二者可通过其修饰反应形成如图所示不同结构和不同性能的衍生物。
甲壳素或壳聚糖可通过酰化、羧基化〔4〕、羟基化、氰化、醚化、烷化〔5〕、酯化(硫酸酯化)、醛亚胺化〔6〕、叠氮化、成盐、螯合、水解、氧化、卤化〔7〕、接枝与交联等反应,制备衍生物。
「壳聚糖及其衍生物」在医药领域的应用
「壳聚糖及其衍生物」在医药领域的应用全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：壳聚糖及其衍生物是一种重要的生物大分子化合物，具有多种生物活性和良好的生物相容性，在医药领域有着广泛的应用。
近年来，随着科学技术的进步，壳聚糖及其衍生物在药物传递、创伤修复、组织工程等方面的应用越来越受到重视。
壳聚糖及其衍生物在药物传递领域具有广阔的应用前景。
由于其生物相容性好、可降解性强以及与药物具有良好的相互作用性，壳聚糖及其衍生物被广泛用于制备药物载体。
通过将药物包裹在壳聚糖微球或纳米粒子中，可以提高药物的稳定性和生物利用度，延长药物的作用时间，减少对健康组织的损伤。
壳聚糖及其衍生物还可以通过表面修饰来实现靶向输送，将药物准确地送达到病灶部位，提高治疗效果，减少副作用。
壳聚糖及其衍生物在创伤修复领域也有着重要的作用。
由于其良好的生物相容性和生物降解性，壳聚糖及其衍生物可以作为生物材料用于创伤修复。
研究表明，壳聚糖膜可以有效地促进创面愈合，减少炎症反应，提高伤口愈合的速度和质量。
壳聚糖衍生物还具有抗菌和抗炎作用，可以有效预防感染并促进创面愈合。
壳聚糖及其衍生物在创伤修复领域有着广阔的应用前景。
壳聚糖及其衍生物在组织工程领域也展现出了巨大的潜力。
由于其与细胞具有良好的相容性，可以促进细胞的生长和分化，被广泛用于制备支架和人工组织工程材料。
研究表明，将壳聚糖膜用于人工皮肤、软骨修复、骨骼重建等领域可以促进组织的再生和修复，达到良好的治疗效果。
第二篇示例：壳聚糖及其衍生物是一种天然高分子材料，具有极强的生物相容性和生物降解性，在医药领域有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，人们对壳聚糖及其衍生物在药物输送、创伤修复、抗感染等方面的应用进行了深入研究，取得了显著的成果。
壳聚糖及其衍生物在药物输送领域具有重要的应用。
由于其优良的生物相容性和可控的降解性，壳聚糖可以作为药物的载体，帮助药物更好地传递到靶组织或细胞，提高药物的疗效和减少副作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
壳聚糖的性质：
（1）吸湿性与稳定：壳聚糖吸湿性很强，仅次于甘油，比聚乙二醇、山梨醇高。
脱乙酰壳多糖粉末置密闭器中，在常温、干燥条件下，至少3年内稳定，但吸湿或水溶液会产生分解，并随温度的升高而加快，如它的50%溶液放置6个月后，平均分子量下降30%。
粉末暴露于光线下，易分解，最敏感的波长是200-240nm 的紫外线，波长增长，分解减少。
（2）反应性：可进行多功能机化学反应和立体结构修饰。
（3）溶解性：在水中少量溶解，在乙醇，其他有机溶剂及中性或pH 高于6.5的碱性溶液中几乎不容。
（4）黏性和胶凝性，市一中黏度增加剂。
4.制法
(1)壳多糖的制法：将甲壳清洗干净，烘干，粉碎，以过量2molHCl溶液反应4-5h，
过滤，再以2molHCl溶液在0℃左右处理12-24h，便所含碳酸钙转化为氯化钙除去，过滤，水洗涤至中性，用过量的5%-10%氢氧化钠溶液处理3-4h，温度90-95℃，反复数次，除去残余的碳酸钙和一些磷酸盐、蛋白质和色素，最后以适量无水乙醇洗涤，减压干燥，可得白色固体。
(2)甲壳质的制法：热的浓碱溶液与壳多糖作用，分子上的乙酚基会慢慢脱掉生
成甲壳质。
浓碱浓度为40%-50%氢氧化钠溶液，反应温度在110℃左右，反应时间Ih。
反应后，过滤，以水洗涤至中性，经减压干燥后可得白色固体。
在脱乙酰化过程中，由于溶剂化作用，部分糖苷键会发生水解而导致分子量降低，为了避免大分子被破坏，可加硼氢化钠(1%)溶液或通氮等。
5.在药剂学中得应用
壳多糖和脱乙酰壳多糖是20世纪70年代开始进行应用研究的药用辅料，目前已被公认为很有发展前途的天然高分子化合物，各工业先进国家正在加快实用化的进程，壳聚糖已被收载入欧洲和英国药典。
文献中已报道的在药剂学中的应用有：
（1）．作为片剂的稀释剂，崩解剂，改善药物的生物利用度及压片的流动性、崩解性和可压性；例如王中彦等以甲壳素作为崩解剂，制备肝炎宁和穿心莲浸膏片，并与以淀粉、羧甲淀粉钠、低取代羟丙基纤维素及药提取液澄清过程中技术参数的确定，其中脱乙酰度关系到
微晶纤维素为崩解剂的片剂进行比较，结果表明，甲壳素的壳聚糖的溶解性、黏度、絮凝能力等性能。
因此有必要建立崩解性能优于上述4种崩解剂。
壳聚糖还有良好的粘性和药用辅料的质量标准，对其质量有明确的要求，包括性状、润滑性，可作为直接压片的赋型剂。
（2）．作为植人剂的载体，在体内具有可降解性；
（3）．控释制剂的赋形剂和控释膜材料；用作缓控释材料壳聚糖的安全和低毒，可生物降解，生物相容性好，使得甲壳素的脱乙酰产物，其毒性低可生物降解，可被体内组织中酶降解，具有良好生物相容性。
因此甲壳素及其衍生物用微球在水和人工胃液中均具有显著的缓释作用。
（4）．微囊和微球的囊材；
（5）．抗癌药物的复合物，并且可作外科手术缝合线的材料，它在医药学、化妆品工业及工农业方面的优异性能和多种用途,已为工业界所瞩目。
（6）.用作复合药膜材料，甲壳素及其衍生物有较好的成膜性，成膜后有一定的韧拉性、柔软性、吸湿性，生物相容性好，无毒性。
体内或覆盖在创伤表面，引起的生物组织反应小，且可被组织中的酶降解。
在强酸性介质中壳聚糖膜不稳
定，在弱酸性及中性介质中膜较稳定，溶菌酶对膜的生物降解有促进作用。
7. 前景展望
虽然壳聚糖在靶向传递机制及多种靶器官给药方面的应用已取得了长足进展，但实际应用于临床的具有较高价值的制剂不多，因此多学科联合加快实现甲壳素在靶向制剂方面的开发是未来的研究方向之一。
甲壳素及其衍生物有着潜在的应用价值，世界各国都对其非常重视，它的研究涉及领域非常广泛。
相信不久的将来甲壳素及其衍生物在维护大众健康和体育发展等方面必将起到越来越大的作用。
参考文献：药用高分子材料学（第三版）郑俊民主编
壳聚糖在医药领域中的应用郭任华1，贺艳丽2
甲壳素及其衍生物在中药制药中的应用和前景周斌高文远
甲壳素在中药片剂中的崩解性王中彦，杨树勇，胡良才
羧甲基壳聚糖作为植入可降解缓释微球辅料的实验研究尹承慧
甲壳素及壳聚糖的研究进展王彦辉田德峰任慧霞。