课件：壳聚糖.pptx

一 甲壳素/壳聚糖医用敷料研究,甲壳素是一种新型的维生素。壳聚糖是一种有机酸。甲壳素化学名为2-乙酰氨基-(1，4)-葡聚糖，如果将每个糖基上的乙酰氨基（CO-NH-）换成羟基（HO-），就成了维生素。如果将糖基上的N-乙酰基大部分去掉的话，就是甲壳素的最为重要的衍生物壳聚糖。它们属天然线性多糖类化合物天然高分子甲壳素和壳聚糖具有良好的物化性质、生理活性、生物相容性和生物可降解性，无有害降解物，具有止血和抑菌消炎、减少创面渗出和促进创伤组织再生、修复、愈合的作用，并且柔韧性、吸水性和透气性在各种敷料材料中具有优势，十分适合于裸露、需要保护的创面作用，可促进伤口愈合和组织修复再生。,2019,-,1,壳聚糖是白色无定形、半透明略有珍珠光泽的固体，分子量由构成的材料而定。壳聚糖是一类新的天然高分子螯合剂，而且无毒无副作用。不溶于水和碱溶液，可溶于烯的盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸，不溶于稀的硫酸、磷酸。具有很好的吸附性、成模型和通透性、成纤性、吸湿性和保湿性。壳聚糖是一种亲水性天然高分子，具有复杂的所螺旋结构。结构属于二糖，壳聚糖是有氨基葡糖糖缩合而成，其基本单位是氨基葡糖糖，其结构基元是壳二糖，壳聚糖结晶度较高，因此具有很稳定的物理性质。结晶性不同，稳定性也就不同。,1）壳聚糖的物理性质,1 壳聚糖的性质,2019,-,2,甲壳素/壳聚糖与多种有机酸的衍生物如酸酐、酰卤等反应。壳聚糖分子链上既有羟基，又有氨基，既在羟基上发生酰化反应生成酯，也在氨基上发生，生成酰胺，分子结构中有很多氨基，破坏部分氢键，使酰化反应容易发生，一般不用催化剂，反应介质常用甲醇或乙醇。甲壳素/壳聚糖的羟基与烃基化试剂反应生成醚，如甲基醚等。壳聚糖氨基是一级氨基，有一对孤独电子有较强的亲核性，能发生许多反应，N-烷基化是除N-酰化外的另一类重要的反应。 壳聚糖与环氧衍生物的加成反应，得到的是N-烷基化衍生物，该反应同时引进了2个亲水性的羟基。壳聚糖在中性介质中很容易与芳香醛（或酮）、脂肪醛反应生成西佛键。壳聚糖可被氧化，氧化机理很复杂，氧化剂不同，反应pH值不同，反应产物也随之而不同。,2） 壳聚糖的化学性质,2019,-,3,2 壳聚糖的生产技术,1）脱乙酰化原理 壳聚糖是甲壳素N-脱乙酰基的产物，壳聚糖的制备过程，就是酰胺的水解过程。 2）资源化法 资源法包括有很多种方法，比如综合生产法、蝇蛆壳、蚕蛹壳等。综合生产法是利用虾、蟹壳资源化处理法。该项技术的关键，一是将虾、蟹壳中的中的成分转化为有用之物；二是尽量减少烧碱的消耗，在海边的生产厂家，尽量使用海水，减少淡水的消耗。蝇蛆壳又称蛆皮，干蛆皮中含有30%54.8%的甲壳素。 3）微生物法 微生物法是直接培养真菌制取甲壳素或直接提取壳聚糖，分别有黑曲霉、丝状真菌、米根霉等。除上面的方法外还有微波法等一些方法。,2019,-,4,3 甲壳素/壳聚糖敷料,壳聚糖膜能止痛、止血、止痒，有效地促进创面表皮重建和伤口愈合，减小瘢痕。壳聚糖/甲壳素敷料可分为单纯的、复合的甲壳素/壳聚糖敷料、还有甲壳素/壳聚糖载药敷料和甲壳素/壳聚糖衍生物敷料两种敷料。,2019,-,5,二 水溶性甲壳素及其膜的制备与表征,甲壳素具有许多重要的生物学特性，如生物相容性、生物降解性、止血活性和促进创伤愈合活性，因此在生物医学领域可用于可吸收手术缝线、药物载体、抗肿瘤制剂、止血剂和创伤敷料等。甲壳素可溶于浓酸(如盐酸、硫酸、磷酸)和酰胺-氯化锂体系。 甲壳素不溶于水和大多数普通有机溶剂，从而使甲壳素的加工与应用受到很大限制。研究表明，甲壳素的水溶性与其脱乙酰度密切相关，脱乙酰度在50左右时水溶性最好，脱乙酰度超过60和低于40时水溶性降低甚至完全不溶于水。,2019,-,6,1 水溶性甲壳素的制备,用高脱乙酰度壳聚糖在均相反应条件下进行乙酰化反应制备了水溶性甲壳素。水溶性甲壳素有两种制各方法：一是在40氢氧化钠的水溶液中溶解甲壳素，然后在室温下水解，二是在高脱乙酰度壳聚糖的稀酸溶液中进行乙酰化，第二种方法得到的水溶性甲壳素具有较高的分子量，可望具有更好的性能。,2019,-,7,在制备水溶性甲壳素的过程中，控制反应在均相条件下进行是非常重要的。 反应中，将壳聚糖和乙酸酐溶解在稀乙酸溶液中，并加入少量的吡啶增加溶解性，确保反应在均相条件下进行。在反应的过程中，为了防止局部反应剧烈引起凝胶化现象，应先将吡啶、乙酸酐先后溶解于乙醇溶液中再加入到反应容器中与壳聚糖进行反应。由于该反应是在均相条件下进行的，壳聚糖乙酰化的位置是随机的，因此破坏了甲壳素的结晶并减弱了甲壳素分子内及分子间的氢键作用，使甲壳素具有一定的水溶性。与甲壳素均相条件下脱乙酰制备水溶性甲壳素的方法相比，该方法具有操作简单、成本低，适于大规模生产等优点。,2019,-,8,2 水溶性甲壳素的表征,甲壳素、水溶性甲壳素以及其它不同脱乙酰度样品在波数1650cm 和1550cm 附近的吸收峰是酰胺I带(C=O)和酰胺II带(N-H和C-N的组合)的吸收峰，而脱乙酰度达到95.81的壳聚糖在此处几乎没有吸收。水溶性甲壳素的酰胺I带吸收在1665cm ，脱乙酰度为58.1的壳聚糖的吸收在1660cm ，甲壳素的吸收在1627cm ，谱带依次向低频移动，说明形成酰胺键中的羰基形成氢键依次增多，分子间作用逐渐增强。在波数3455cm 、1901cm 和665cm 3处红外吸收是壳聚糖的结晶敏感吸收，水溶性甲壳素在上述3处都无明显的吸收峰，说明水溶性甲壳素结晶性较差，而其它的有明显的红外吸收。水溶性甲壳素在1O处的衍射峰弱，在2O附近的衍射峰宽，说明非晶漫散射峰较弱。,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,2019,-,9,3 水溶性甲壳素的热性质,水溶性甲壳素的玻璃化转变温度( Tg)是2196。而脱乙酰度为958l的壳聚糖的玻璃化温度是202.6。水溶性甲壳素的玻璃化转变温度高于壳聚糖，主要是因为水溶性甲壳素含有较多的乙酰基，分子间的作用较壳聚糖强，分子运动更困难。从水溶性甲壳素和壳聚糖的热失重结果分析，二者在60附近开始脱水，水溶性壳聚糖脱去总重的4.61，而壳聚糖脱去了3.69，说明水溶性甲壳素的亲水性更好，在环境条件下样品含水量高，与水的作用更强。,2019,-,10,4 水溶性甲壳素膜的透汽性和吸水性,水溶性甲壳素的透汽性与壳聚糖相比有明显的提高，这主要是因为水溶性甲壳素的亲水性比壳聚糖好，使得水分子很容易与膜发生吸附作用，再通过水分子在膜内的渗透扩散，穿过水溶性甲壳素膜。而甲壳素表现出较高的透汽性，主要是因为甲壳素成膜时采用了氯化锂的二甲基乙酰胺溶液作为溶剂，在氯化锂被水洗去的时候，在甲壳素膜内形成了微孔结构，利于水分的通透。水溶性甲壳素的溶解性较好，膜放入水中不长时间就开始溶涨变形，最后被溶解。,2019,-,11,三 完全水溶性壳聚糖的制备工艺,目前，水溶性甲壳质或壳聚糖的制备丰要有三种方法：在温和均相条件下，控制壳聚糖的脱乙酰度在50左右制备水溶性壳聚糖 ；利用甲壳质、壳聚糖分子结构中的羟基和氨基的反应活性，在其分子主链上引人亲水集团，得到水溶性的衔生物；降解壳聚糖得到低分子量的水溶性的产物。 将壳聚糖溶解于稀酸中，加人已醇、吡啶、乙酸酐的混和溶液，使壳聚糖与乙酸酐在均相条件下进行乙酰化反应，从而得到50左右脱已酰度的水溶性壳聚糖。,2019,-,12,实验中的影响因素,经过多次实验可知：(1)在严格控制均相的条件下，高脱乙酰度的壳聚糖与乙酸酐发生乙酰化反应能够得到脱乙酰度50左右的水溶性壳聚糖，而且只有50左右脱乙酰度的壳聚糖才溶于水，大于60或小于40的壳聚糖只能溶胀，甚至不溶于水；(2)由于壳聚糖的乙酰化反应相当迅速，将乙酸酐、吡啶溶解于乙醇中再加人到反应容器中与壳聚糖发生反应是控制均相的好方法；(3)壳聚糖与乙酸酐的乙酰化反应是一个快速反应，反应物的物质的量的比为1：22时，产品的脱乙酰度接近50，水溶性最好。,2019,-,13,四 壳聚糖抑菌性能影响因素、机理及应用,1 壳聚糖的抑菌性能影响因素,（1） 分子量对壳聚糖抑菌性能的影响： 壳聚糖分子量对其抑菌性能的影响初步认为与不同分子量壳聚糖的不同作用机理及细菌的不同结构与特性有关。 （2）浓度对壳聚糖抑菌活性的影响： 水溶性壳聚糖的抗菌活性随其浓度的增加而增加，且它的抗真菌活性强于抗细菌活性。 （3）脱乙酰度对壳聚糖抑菌活性的影响： 随着壳聚糖脱乙酰度的增加，抑菌性能增强，氨基是壳聚糖的消毒因子。,2019,-,14,（4）pH 值对抑菌性能的影响： 随着pH 值的降低，壳聚糖分子所带正增加，导致了抑菌活性的增加电荷。 （5）菌株本身的影响： 虽然壳聚糖的分子量、pH 值等因素都是壳聚糖抑菌活性的极显著影响因素，但菌株本身的内因才是壳聚糖抑菌活性大小的关键因素。壳聚糖对革兰氏阳性菌的抑制作用比对革兰氏阴性菌强。细菌容易受到壳聚糖的抑制，酵母菌次之，而壳聚糖对真菌的抑制作用则相对较弱。 （6）晶体形状对壳聚糖抑菌性能的影响： 实验表明：具有高黏度和高脱乙酰度的- 壳聚糖的抑菌性能强于- 壳聚糖，从而填补了壳聚糖抑菌性能研究在该方面的空白。,2019,-,15,2 抑菌机理研究,在壳聚糖的抑菌机理和抑菌特性方面，不同的研究者得出的结论却不尽相同。壳聚糖及其衍生物的抑菌作用随着其自身和环境条件的改变而呈现出不同的结果。 实验运用电子显微镜研究了壳聚糖作用前后菌体超微结构的变化，并用生化分析仪测定了作用前后菌液中2种酶的变化，认为壳聚糖首先改变细菌细胞膜的通透性并损坏细胞壁，进而引起细菌细胞内酶外泄，从而抑制细菌的生长或死亡。,2019,-,16,3 壳聚糖抗菌性能应用,（1）壳聚糖在工业上的应用 主要的加工对象是一些容易附着、繁殖、传播微生物的纺织品，如羊毛制品和蚕丝制品等蛋白质纤维，其脱落物与人体汗液混合后，形成了细菌和霉菌生长繁殖的丰富养料，致使制品极易受到虫蛀或霉变。 （2）壳聚糖在食品工业中的应用 由于壳聚糖良好的生物安全性和生物功能性，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。 （3）壳聚糖在农业中的应用 可做种子处理剂、生物农药,2019,-,17,（4）壳聚糖在医疗卫生中的应用 壳聚糖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。 （5）壳聚糖在环保中的应用 利用壳聚糖的抗菌性，可将壳聚糖用于生化水处理方面。 （6）壳聚糖在化妆品中的应用 壳聚糖对皮肤和头发具有亲合性，能形成透明的保护层，具有保湿的效果，同时又是良好的黏度助剂，无变态反应，在护发、护肤、化妆品方面有很大的潜力。,2019,-,18,4 液体敷料,液体敷料杀菌效果好、使用方便。其特征在于：敷料所含的成分及其所占的重量比例为甲壳素0.1-0.5%、杜米芬0.02-0.06%、胶元蛋白0.5-1.5%。具有杀菌、消毒、止血、止痛、修复创面的作用。,2019,-,19,5 生物敷药,其特征在于：它主要由异丁基壳聚糖为基质，并配以原料而成，原料药是氧氟沙星，其中异丁基壳聚糖与氧氟沙星的重量分数配比分别为异丁基壳聚糖1845份，氧氟沙星927份；按照以上配比制成的药与pH为6的醋酸-醋酸钠溶液或蒸馏水一起配成含药浓度为1.5%4%，即成敷药。还可以加入1837份得利多卡因和/或1845份氨甲环酸。具有良好的止血、消炎、镇痛、促愈合功能，可以制成喷雾剂和膏剂。,2019,-,20,6 金福生-壳聚糖抗菌成膜喷雾剂,简介：今福生是一种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。 作用机理：物理及生物双重抗菌机理。 使用范围：普通外科、皮肤科、妇产科、烧伤科、整形美容外科、肛肠科、褥疮的预防与治疗、预防医院内感染等。,2019,-,21,7 壳聚糖创伤喷雾剂的研究,经大量的动物实验，筛选出2%的壳聚糖浓度作为气雾剂的最佳浓度。并同时进行了药效学研究、毒理学研究等试验，结果表明：壳聚糖创伤喷雾剂无急性毒性、多次皮肤用药未见刺激性和过敏性、长期皮肤用药未见蓄积毒性。具有抑菌、抗炎、镇疼、止血、促物理性创面伤口的愈合及促烧伤创面愈合的作用。壳聚糖创伤喷雾剂对创伤创面具有明显的收缩促愈合作用，并且其原料为虾壳，蟹壳等，为海南丰富的资源。,2019,-,22,五 壳聚糖膜性质的研究,高分子量的壳聚糖膜表面较为光滑，透光性较好，透气性、渗透性和生物降解性较差；低分子量的壳聚糖膜表面较为粗糙，透气性、渗透性和生物降解性较好，但透光性较差。膜的结晶性和超微结构决定了不同分子量壳聚糖膜具有不同的性质。壳聚糖是天然生物多糖甲壳质的脱乙酰基衍生物，其存在自由氨基，具有十分活泼的物理化学性质，由于壳聚糖具有无毒副作用、良好的生物相容性、可控的生物降解性、无抗原性等特性，又因为氨基性质活泼，可用很多基团和化学物质进行修饰或连上一些促进细胞生长的细胞因子和激素等物质，因此壳聚糖及壳聚糖膜在生物医学、组织工程、药物缓释、细胞及酶的固定化等许多方面的作用。,2019,-,23,六 壳聚糖膜的制备,配制2%壳聚糖的乙酸溶液，空气中铸模成膜、干燥，用NaOH 溶液中和壳聚糖膜中的乙酸，用蒸馏水反复漂洗至中性，干燥备用。,2019,-,24,通过对壳聚糖的力学性能进行研究可得实验结果如下； 1.说明各膜都存在着晶体和无定形两种状态，而且壳聚糖膜的结晶度随壳聚糖分子量的增大而减小； 2.壳聚糖膜的干态及湿态的断裂强度和伸长率都随着壳聚糖分子量的增大而增大，而透气性随膜分子量增大而减小； 3.现高分子量壳聚糖膜的透光性较好, 透光率可达90% 以上，低分子量壳聚糖膜的透光性较差；各种膜的透光率与透射光波长相关，随着透射光波长的增长而增加； 4.壳聚糖膜的这种渗透作用与壳聚糖分子量相关，随壳聚糖分子量的增大，而渗透作用逐渐变小； 5.的壳聚糖膜的吸附作用最强( 16. 21ug/ cm2) ，而随着分子量的增大，壳聚糖膜对牛血清白蛋白的吸附作用逐渐变弱。 实验中发现壳聚糖膜的结晶性、力学特性、渗透性、透气透光性等都和壳聚糖分子量大小相关。,2019,-,25,七 电气石的结构、性质与应用,电气石(Tourmaline托玛琳)是各种电气石族矿物的总称，托玛琳是一种天然宝石，是一种晶体，又是一种电介质，还是一种带电的石头， 也是一种组成成分复杂的环状硅酸盐矿物，以含硼为特征，并且它是一种环保健康的新材料。 电气石是兼有压电效应和热电效应的晶体，近年来的研究发现电气石除了可作为探矿指示剂及对成岩、矿石形成有重要作用外，还能发射红外线、释放负离子、抗菌、除臭并对水和空气有净化和改善作用。,2019,-,26,1 电气石的组成与结构,电气石可产于火成岩、变质岩、交代岩，有时也会出现在沉积岩中。它并不是单一的矿物，而是一组具有相同晶体结构的同形矿物，其种类繁多并且成分复杂。电气石晶体常呈三方或六方柱状，其密度与Fe，Mn等金属的含量有关，一股为3.023.40gcm ，硬度为77.5(莫氏硬度)，折射率为1.621.644，双折射率为0.018，玻璃光泽，色散0.017，具有明显的多色性，经常可见到色带或色环，无解理面，具有脆性。,2019,-,27,2 晶体学特征,电气石晶体结构属三方晶系，C3vS-R3m空间群，异极性矿物，三重对称轴为C轴，垂直于C轴无对称轴和对称面，也无对称中心。电气石有两个基本结构层：第一层为由6个叫规则硅氧四面体构成的Si6O18复三方坏，配位数是9的X类阳离子位于其中心空隙；第二层为八面体层，包括中央3个Y离子的大八面体和周围6个含Z离子的小八面体，且各大八面体间分布硼原子，共形成3个BO3平面三角形。,2019,-,28,电气石的功能性质及制备和应用,功能性质：电气石具有压电与热电效应、能够发射红外线、释放负离子、可以作为生物电、矿物质与微量元素，托玛琳具有保健功能特性：一具有生物电极微电流二具有使水一瞬间负离子化。 制备：电气石的应用大多是以粉体形式出现的，其超细化不仅可提高表面活性、离子吸附性、电效应等，而且有利于与其它材料的复合。但电气石矿物的硬度高、耐磨度高给超细工艺提出了更高的要求。目前电气石超细化方法，主要有气流磨和介质搅拌磨。 应用：主要应用于保健医疗、空气净化、水净化、涂层涂料。,2019,-,29,八 壳聚糖的血液相容性,壳聚糖是一种天然的氨基多糖，作为一种海洋生物活性物质被广泛地应用于生物医学工程领域。从血小板、红细胞、白细胞、凝血因子以及补体系统等方面对壳聚糖与血液中各成分的作用进行了探讨，认为壳聚糖的止血作用是通过激活外源性血液凝固途径和补体系统旁路途径实现的,2019,-,30,l 壳聚糖的促血栓作用,壳聚糖能够促进血小板的粘附和聚集，血小 板的粘附、聚集、释放各种代谢产物都在血栓形成中起重要作用；壳聚糖或者使红细胞表面与其发生交联而使红细胞粘附，或者在血液中发生某种再聚合反应，形成立体网状结构捕获血红细胞而使其聚集 ，这些结果表明壳聚糖的凝血作用不需要血小板的参与就能实现；壳聚糖对白细胞的作用主要是促使其释放各种细胞因子和细胞黏附分子；血小板的粘附、聚集、释放各种代谢产物都在血栓形成中起重要作用； 壳聚糖的脱乙酰度显著影响其对补体系统的激活作用。,2019,-,31,2 壳聚糖血液相容性的改进,提高壳聚糖血液相容性的方法主要有两种：(1)对壳聚糖进行化学修饰，阻止或降低其和血液中各种成分的作用；(2)与其他血液相容性较好的生物材料共混。 目前，运用化学修饰方法提高壳聚糖的血液相容性有很多方法，比如：壳聚糖磺酸化、壳聚糖酰基化、表面修饰、与其它生物材料共用。,2019,-,32,九 壳聚糖辐射降解产物的水溶性,随着辐射剂量增加，数