甲壳素和壳聚糖作为天然生物高分子材料的研究

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甲壳素和壳聚糖作为天然生物高分子材料的研究进展车小琼，申， 凯孙庆赵(黑龙江大学生命科学学院微生物黑龙江省高校重点实验室，黑龙江大学，尔滨 10 8 )哈 50 0摘要：甲壳素是自然界中含量仅次于纤维素的天然高分子，聚糖是甲壳素脱乙酰化后带有阳离子的多壳糖。壳聚糖中的自由氨基以及它的高结晶性，得它能溶于酸，不溶于碱和绝大数的有机溶剂。同时壳聚糖使而具有无毒性、刺激性、无良好的生物相容性、物可溶解性，及高的电荷密度，而被作为一种新型的天然生生以因物材料得到广泛应用。文章介绍了甲壳素和壳聚糖的结构和性质，述分析了甲壳素和壳聚糖在制备微球和综作为支架材料中的应用，总结了甲壳素和壳聚糖在这两个方面存在的问题和发展前景。并 关键词：甲壳素；聚糖；球；织工程；架壳微组支

甲壳素 (ht ) cin又名甲壳质、 i几丁质，一种广泛存在于昆虫、洋无脊椎动物的外壳以及真菌细胞中是海的天然高分子化合物¨。壳聚糖 (ht a )是甲壳素脱乙酰基后的产物， ci sn o具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此可用作生物材料，甲壳素和壳聚糖具有来源广泛、材方便等优点。取

1甲壳素、 壳聚糖的理化性质甲壳素是一种天然高分子化合物，学名是 g ( - 4 2乙酰胺基 2脱 D葡萄糖，由 N乙酰其 - 1" ).。一 -是 -胺基葡萄糖以及 g l4糖苷键缩合而成。如果把此结构中糖基上的 A乙酰基大部分去掉的话，成为 -, L就

甲壳素最为重要的脱乙酰化衍生物壳聚糖。壳聚糖是由 D氨基葡萄糖和适量的 A乙酰-一 - L D氨基葡萄糖以一(, )苷键连接而组成的。其化学名是(, )2氨基 2脱氧一 _萄糖，构类似于纤维素’ l 14糖 9 14一一一 pD葡结。11甲壳素、 . 壳聚糖的物理性质

甲壳素呈灰白色或白色片状、半透明、略有珍珠光泽的无定性固体，相对分

子量因原料和制备方法的差异而从数十万到数百万不等。不溶于水、稀碱、酸及一般的有机溶剂，溶于浓的盐酸、酸 .酸等稀可硫硝无机酸和大量的有机酸…。 壳聚糖是葡糖胺和Ⅳ一乙酰葡萄糖胺的复合物，由于聚合程度的不同其分子量在 5 0~10 k a之间。 00 D

壳聚糖的外观呈半晶体状态，晶体化程度与去乙酰化相关。5%去乙酰化时，晶体化程度最低。 0其 甲壳素和壳聚糖均具有非常复杂的螺旋结构，甲壳素和壳聚糖的结构单元不是单胺 (乙酰胺基且Ⅳ一葡萄糖或者氨基葡萄糖 )而是二胺。, 1 2甲壳素、聚糖的化学性质 .壳

甲壳素和壳聚糖分子中含有一 O H基、 N,、一 H基吡喃环、 -氧桥等功能基，因此在一定的条件可以发生

生物降解、水解、基化、烷酰基化、合等化学反应。作为氨基多糖，聚糖 (K=6 5溶解性与 p缩壳 p a .) H值

基金项目：研究由黑龙江省青年科学技术专项资金项目 ( C 6 07,龙江省教育厅项目 (1102,龙江：青年本 Q 0 C4 )黑 1537 )黑赶学科学基金 ( L0 63,医生物技术国家重点实验室开放课题基金项目( K V一05 1 N L B200 )助； Q 204 )兽 N L B200, K V . 6 1资 0 作者简介：小琼，18一),车 (9 3女四川绵 t,读硕士， E人在主要进行天然高分子材料的研究。

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紧密相关，酸性条件下，在由于氨基质子化而溶于水。在 p H<5时，聚糖完全溶于水形成十分粘稠的液壳

体(其特性黏度受 p H和离子强度的影响 )经碱化处理后，以形凝胶而沉淀。,可 壳聚糖是一种带正电荷的阳离子聚合物，酸性水溶液中可与聚阴离子化合物如：素、藻酸在肝海钠、甲基甲壳素等相互作用，梭形成聚电解质配合物。壳聚糖分子链吡喃糖环 C上有氨基，上有羧基，此能在较温和的条件下发生化学反应，备出 C因制

具有新特性的衍生物。并且可以通过改造修饰其侧链基团而赋予性的化学衍生物以新的生物活性。因为从自然界中获取的甲壳素脱

乙酰化而得到的壳聚糖只溶于酸性环境中，得它在体内的应用受到很大使的限制。现在我们可以通过在其分子上加上水溶性基团而使之溶于生理盐水中，从而减少酸性溶液对人体组织的刺激。

2壳聚糖在微球制备中的应用 壳聚糖 ( s是甲壳素的部分脱乙酰基产物，自然界中唯一的碱性多糖。作为甲壳素的脱乙酰化衍 c)是生物，s有良好的生物相容性、物可降解性、合性和无毒性， c生粘因而被广泛用于医学等领域。 药物微球由于对特定器官和组织具有靶向性及对包敷在微球中的药物具有缓释和控释效应，因此载药微球的制备已经成为目前的研究热点。而 c微球作为一种具有广泛应用前景的新型药物载体，了 s除 具有亲水性能可以延长药物微球在体内循环的时间和减少巨噬细胞捕获，而提高药物生物利用度以从 外；还可以提高药物的包封率和载药量。根据 c它 s微球应用目的的不同，以用 c可 s制成不同大小的微球。现在，利用 c s制备化疗药物、消炎药、岛素、生素等药物的缓释制剂已取得了良好的效果，胰抗并已用于临床。

壳聚糖微球的制备方法有乳化交联法、蒸发溶剂、雾干燥、中干燥、淀/聚以及复凝聚法等。喷液沉凝 复凝聚法是指利用两种聚合物在不同的 p H值下电荷的变化，即一种带负电荷的胶体溶液与一种带正电

荷的胶体溶液相混，由于异种电荷之间的相互作用形成聚电解质复合物而发生分离，积在囊芯周围而沉得到微胶囊。海藻酸钠、聚丙基酸钠等高分子材料均能分别与壳聚糖起复凝聚作用。目前，聚糖微球壳已经用于包封多种药物n、白质 (肽)、素类物质氨基酸¨等。慕容等 用反相 蛋多¨激。、等。采悬浮交联法合成了直径为 10 m, 0 n粒度分布均匀，响应强，吸附能力的，有核壳结构的磁性壳聚糖磁有具纳米微球 ( ant ht a a oa ie, N )考察了 MC P的吸附和释放药物的性能。 m gecc isnnnprc sMC P, i o tl N

虽然壳聚糖具有一些良好的特性可用于载药微球的制备，是在制备微球过程中，聚糖一般需要但壳两次脱乙酰化反应。由于制

备条件的不同和原料来源的差异，分子量、乙酰化的程度波动较大。此外，脱

在制备微球时，聚糖须用酸溶液溶解，壳因此，备水溶性的壳聚糖衍生物的技术有待进一步完： 制善。

3壳聚糖在组织工程中的应用 ,

甲壳素具有广泛的抗菌和止血、止痛的作用，同时具有选择性促进表皮细胞生长的独特的生物活性。 壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，与细胞能够发生非特异性吸附，从而有利于细胞在其表面黏附。因此， 可以将壳聚糖作为良好的支架材料广泛的应用在组织工程学中。曾春的研究证实，聚糖支架具有 。壳较高的孑隙率， L并且孔隙相互连通，L较均匀，于细胞的物质交换、孑径适生长代谢。黄志海等用冷冻诱导相分离的方法制备了壳聚糖一胶原多孑复合支架。实验证明该支架具有很高的孑隙率和吸水率，水 L L在中基本不溶胀，够保持细胞支架的形态，足作为组织工程支架的要求。能满3 1在皮肤组织工程中的应用 .

壳聚糖的纤维刚性结构可以增强真皮基质的机械耐受力，长创面细胞胶原酶对真皮基质的降解。延 石研超等以胶原和壳聚糖为原料制备了具有三维多孑结构的胶原一壳聚糖， L硅橡胶双层皮肤支架。动物实验表明，支架在原位诱导了真皮的再生，该并有高达 9%的移植成功率。鲁元刚等将具： 4有真皮和表皮的复合壳聚糖人工皮肤移植到家兔的全层皮肤缺损处，面愈合良好，明显免疫排斥反应，创无 2个月 后表皮结构清楚，质层较厚，角真皮血管较多，明显的炎性细胞，无新生纤维明显增多。结果表明，合的复