（药学专业论文）壳聚糖衍生物水凝胶的制备及性能研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 签名：圣醯j 茧日期：丝丛：垒：兰圭 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：至晓左、导师( 签名 摘要 壳聚糖是一种廉价易得的天然高分子化合物，具有良好的生物相容性、生物 可降解性、无毒和生物黏附性，这些优良的特性使其广泛的应用于生物医药领域。 高分子水凝胶体是一种溶胀在水或生理液体中的高分子网络，由于良好的生物相 容性，常用于药物载体以及组织修复上。本文将壳聚糖改性，制备得到水溶性好 的羧甲基壳聚糖( c m c s ) 和羟丙基壳聚糖( h p c s ) 。以无毒、生物相容性好的1 ( 3 - 二甲氨基丙基) 3 乙基碳二亚胺盐酸盐( e d c ) 作为脱水剂，同羧甲基壳聚糖交联 制备得到e d c 羧甲基壳聚糖水凝胶，在e d c 存在的情况下，将柠檬酸( c a ) 和 n 羟基琥珀酰亚胺( n h s ) 带i j 备成为柠檬酸衍生物( c a d ) ，以c a d 为交联剂，分 别同羧甲基壳聚糖和羟丙基壳聚糖交联制备得到水凝胶。对三种不同的水凝胶进 行结构表征和性能测试，在水凝胶体系中加入纳米银，提高水凝胶的抗菌性。主 要研究内容和结果如下： 1 e d c 羧甲基壳聚糖水凝胶的制备、表征和性能研究。以e d c 为交联剂， 制备得到e d c 羧甲基壳聚糖水凝胶。使用红外、x 衍射和扫描电镜确定结构， 系统测试了e d c 羧甲基壳聚糖水凝胶的凝胶时间、溶胀性、释药性和抗菌性。 结果表明：凝胶时间随着e d c 加入量的增大而减小，随羧甲基壳聚糖浓度的增 加呈现先增大后减小的趋势，在强酸、去离子水和偏碱性的环境下凝胶溶胀，在 p h 3 5 下，凝胶收缩，具有p n 敏感性，凝胶对牛血清蛋i 兰t ( b s a ) 的释药在p h = 1 2 的环境下最快，4 小时可释放8 0 的药物，在凝胶体系中引入纳米银，可显著提 高凝胶的抗菌性。 ”2 柠檬酸衍生物( c a d ) 羧甲基壳聚糖水凝胶的制备、表征和性能研究。将 c a d 同羧甲基壳聚糖交联制备得到c a d 羧甲基壳聚糖水凝胶。使用红外、x 衍 射和扫描电镜确定结构，系统测试了c a d 羧甲基壳聚糖水凝胶的凝胶时间、溶 胀性、释药性和抗菌性。结果表明，凝胶时间随c a d 加入量和羧甲基壳聚糖溶 液浓度的增大而降低，最短的凝胶时间为1 5 0 s ，凝胶在强酸、p h 6 的情况下， 凝胶溶胀，在p h = 1 2 和去离子水环境下在最高溶胀度可达4 5 3 和9 2 0 ，p h 2 5 下，凝胶收缩，具有极强的p h 敏感性，凝胶在p h = 1 2 的释药性最快，4 小时可 释放9 5 的药物，在凝胶体系中引入纳米银，可显著提高凝胶的抗菌性。 3 柠檬酸衍生物( c a d ) 羟丙基壳聚糖水凝胶的制备、表征和性能研究。将 c a d 同羟丙基壳聚糖交联制备得到c a d 羟丙基壳聚糖水凝胶。使用红外、x 衍 射和扫描电镜确定结构，系统测试了c a d 羟丙基壳聚糖水凝胶的凝胶时间、溶 胀性、释药性和抗菌性。结果表明，凝胶时间随c a d 加入量和羟丙基壳聚糖溶 液浓度的增大而降低，最短的凝胶时间为5 0 s ，凝胶在不同的p h 条件下都具有 一定的溶胀性，其中在p h = 1 2 下，溶胀性最快，最高为6 9 ，具有一定的p h 敏感性，凝胶在p h = 1 2 的释药性最快，4 小时可释放8 0 以上的药物，在凝胶 体系中引入纳米银，可显著提高凝胶的抗菌性。 以上研究表明，三种水凝胶都在模拟胃液o h = 1 2 ) i y j 情况下都具有较快的释 药性，纳米银的加入，使凝胶具有很好的抗茵性，有望开发成为新的药物载体， 应用于医药领域。 关键词：羧甲基壳聚糖；羟丙基壳聚糖；柠檬酸衍生物；缓释；抗菌 a b s t r a c t c h i t o s a ni san a t u r a lp o l y m e rw h i c hi sc h e a pa n de a s yt og e t i th a sg o o d b i o c o m p a t i b i l i t y , b i o d e g r a d a b i l i t y , n o n t o x i c a n db i o a d h e s i o n t h e s ee x c e l l e n t p r o p e r t i e sm a k ei tw i d e l yu s e di nb i o m e d i c a lf i e l d s p o l y m e rh y d r o g e lc o l l o i di sa p o l y m e rn e t w o r kw h i c hi ss w e l l i n gi nw a t e ro rp h y s i o l o g i c a ll i q u i d d u et ot h e g o o db i o c o m p a t i b i l i t yo fp o l y m e rh y d r o g e l ，i tc o m m o n l yu s e si nd r u gd e l i v e r ya n d o nt h et i s s u er e p a i r i nt h i sp a p e r , t h ec h i t o s a nw a sm o d i f i e dt op r e p a r eag o o d w a t e r - s o l u b l e e a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n ( c m c s ) a n dh y d r o x y p r o p y l c h i t o s a n ( h p c s ) e d c e a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nh y d r o g e lw a sp r e p a r e db yc a r b o x y m e t h y l c h i t o s a nc r o s s l i n k e d 研t l lt h en o n - t o x i c , g o o db i o c o m p a t i b l e1 - ( 3 - d i m e t h y l a m i n o p r o p y l ) 3 - e t h y le a r b o d i i m i d eh y d r o c h l o r i d e ( e d c ) a sad e h y d r a t i n ga g e n t t h e ni n t h ep r e s e n c eo fe d c ，w ep r e p a r e dac i t r i ca c i dd e r i v a t i v e ( c a d ) b yt h ec i t r i ca c i d ( c a ) a n dn - h y d r o x y s u e e i n i m i d e ( n h s ) n ec a d a st h ec r o s s - l i n k i n ga g e n t , t h e c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a na n dh y d r o x y p r o p y lc h i t o s a nh y d r o g e lw e 他p r e p a r e db y c r o s s - l i n k i n g , r e s p e c t i v e l y t h e s t r u c t u r eo ft h e s et h r e ed i f f e r e n th y d r o g e lw a s c h a r a c t e r i z e d , t h e f tp t 刑f o 咖a n w a sa l s ot e s t e d t h ei n t r o d u c t i o no fs i l v e r n a n o p a r t i e l e s t ot h e p r e p a r e dh y d r o g d s c o u l d s i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h e i r a n t i b a c t e r i a la b i l i t y t h em a i nc o n t e n t so ft h i st h e s i sw e r ea sf o l l o w s ： 1 s m d i e d t h e p r e p a r a t i o n , c h a r a c t e r i z a t i o na n d p r o p e r t i e s o f e d c c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nh y d r o g e l 。乃ee d c c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nh y d r g e l w a sp r e p a r e db ye a r b o x y m e t h y lc h i t o 鲥nc r o s s - l i n k i n gw i le d ca sac r o s s - l i n k i n g a g e n t t h es t r u c t u r eo fh y d r o g e lw a sc h a r a c t e r i z e db yf t i r , x - r a yd i f f r a c t i o na n d s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y w es t u d i e dt h eg e l a t i o nt i m e , s w e l l i n ga c t i v i t y , d r u g r e l e a s ea n da n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e so fe d c c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nh y d r g e li n s y s t e m 1 1 l ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h eg e lt i m ed e c r e a s e d 、) i r i t l li n c r e a s i n g o ft h ea d d i t i o no fe d c ，i n c r e a s i n gt h ec o n c e n t r a t i o no fe a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n c o u l di n d u c et h eg e lt i m ea tf i r s ti n c r e a s e sa n dt h e nd e c r e a s e s ；i nt h ee n v i r o n m e n t o fa c i d ，d e i o m z e dw a t e ra n da l k a l i n et h eh y d r g e lc o u l ds w e l l ，w h e nt h ep hw a s b e t w e e n3a n d5 ，t h eh y d r g e lc o n t r a c t e d , t h e s er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h eh y d r g e lh a d p h s e n s i t i v ep r o p e r t y ；, u s i n gb o v i n e9 朗砌a l b u m i n ( b s a ) a s am o d e ld r u gt os t u d y t h ed r u gr e l e a s ea b i l i t yo fh y d r g e li nd i f f e r e n tp h ，w ef o u n dt h a tt h er e l e a s er a t eo f t h eh y d r o g di np h1 2w a sf a s t e s t , i tr e l e a s e d8 0 o ft h ed r u gf o r4h o u r s ； m i n t r o d u c t i o no fs i l v e rn a n o p a r t i e l e st ot h ep r e p a r e dh y d r o g e l sc o u l ds i g n i f i c a n t l y i m p r o v em e i ra n t i b a c t e r i a la b i l i t y 2 s t u d i e dt h ep r e p a r a t i o n , c h a r a c t e r i z a t i o na n dp r o p e r t i e so fc i t r i ca c i dd e r i v a t i v e ( c a d ) c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nh y d r o g e l 1 1 1 ec a d c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nh y d r g e l w a sp r e p a r e db ye a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nc r o s s - l i n k i n gw i mc a d t h es t r u c t u r eo f h y d r o g e lw a sc h a r a c t e r i z e db yf r i l lx - r a yd i f f r a c t i o na n ds c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p y w es t u d i e d t h e g e l a t i o nt i m e , s w e l l i n ga c t i v i t y , d r u gr e l e a s ea n d a n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e so fc a d e a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n h y d r g e li ns y s t e m t h e e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h eg e lt i m ed e c r e a s e dw i t l li n c r e a s i n go ft h ea d d i t i o n o fc a da n dt h ec o n c e n t r a t i o no fe a r b o x y m e t h y lc h i t o s a r t , t h es h o r t e s tg e lt i m ew a s 15 0 s ；t h eh y & g dc o u l ds w e l li n t h ec a s eo fs t r o n ga c i da n dp h 6 ，w h e nt h e e n v i r o n m e n tw a sp h1 2a n dh a dd e i o n i z e dw a t e r , t h eh i g h e s td e g r e eo fs w e l l i n g c o u l dg ou pt o4 5 3 a n d9 2 0 , t h eh y d r g e lc o n t r a c t e di np h2 - 5 ，t h e s er e s u l t s d e m o n s t r a t e dt h eh y d r g e lh a dv e r ys t r o n gp h - s e n s i t i v ep r o p e r t y ；t h ed r u gr e l e a s et e s t s h o w e dt h er e l e a s er a t eo ft h eh y 出o g c li np h1 2w a sf a s t e s t , i tr e l e a s e d9 5 o ft h e d r u gf o r4h o u r s ；i n t r o d u c t i o no fs i l v e rn a n o p a r t i c l e st ot h ep r e p a r e dh y d r o g e l sc o u l d s i g n i f i c a n t l yi m p r o v em e i ra n t i b a c t e r i a la b i l i t y 3 s t u d i e dt h ep r e p a r a t i o n , c h a r a c t e r i z a t i o na n dp r o p e r t i e so fc i t r i ca c i dd e r i v a t i v e ( c a d ) h y d r o x y p r o p y lc h i t o s a nh y d r o g e l t h ec a d h y d r o x y p r o p y lc h i t o s a nh y d r g e l w a sp r e p a r e db yh y d r o x y p r o p y le h i t o s a nc r o s s - l i n k i n gw i t hc a d t h es t r u c t u r eo f h y d r o g e lw a sc h a r a c t e r i z e db yf t i r , x - r a yd i f f r a c t i o na n ds c a n n i n gd e c t r o n m i c r o s c o p y w es t u d i e dt h eg e l a f i o nt i m e , s w e l l i n ga c t i v i t y , d r u gr e l e a s ea n d a n t i b a c t e r i a l p r o p e r t i e so fc a d h y d r o x y p r o p y lc h i t o s a nh y d r g e li ns y s t e m t h e e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h eg e lt i m ed e c r e a s e dw i n li n c r e a s i n go ft h ea d d i t i o n o fc a da n dt h ec o n c e n t r a t i o no fh y d r o x y p r o p y lc h i t o s a n , t h es h o r t e s tg e lt i m ew a s 5 0 s ；t h eh y d r g e li nd i f f e r e n tp hc o n d i t i o n sh a dac e r t a i ns w e l l i n ga b i l i t y , t h eb e s t d e g r e eo fs w e l l i n gi np h1 2w a s6 9 t h e s er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h eh y d r g e lh a da c e r t a i np h s e n s i t i v ep r o p e r t y ；, t h ed r u gr e l e a s et e s ts h o w e dt h er e l e a s er a t eo ft h e h y d r o g e li np h1 2w a sf a s t e s t , i tr e l e a s e dm o r et h a n8 0 o ft h ed r u gf o r4h o u r s ； i n t r o d u c t i o no fs i l v e rn a n o p a r t i c l e st ot h ep r e p a r e dh y d r o g e l sc o u l ds i g n i f i c a n t l y i m p r o v et h e i ra n t i b a c t e r i a la b i l i t y a b o v es t u d i e ss h o w e dt h a tt h et h r e eh y d r g e l si nt h ec i r c u m s t a n c e so fs i m u l a t e d g a s t r i cj u i c e ( p h = 1 2 ) a l lh a v ef a s td r u gr e l e a s ep r o p e r t y , a n dt h ei n t r o d u c t i o no f s i l v e fn a n o p a r t i c l e sc o u l dl e a dt h ed r o g e l s a c q u i r ea n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y s ot h e i v p r e p a r e dh y d r g e l sw e r ee x p e c t e dt od e v e l o pt ob ea n e wd r u gc a r r i e ru s e di nt h ef i e l d o fm e d i c i n e k e yw o r d s ：c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n ；h y d r o x y p r o p y lc h i t o s a n ；c i t r i ca c i dd e r i v a t i v e s ； d r u gr e l e a s e ；a n t i b a c t e r i a la c t i v i t y v 目录 摘j 1 2 ：i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论1 1 1 壳聚糖概述l 1 2 壳聚糖的改性2 1 2 1 醚化反应2 1 2 2 酰化反应。3 1 2 3 酯化反应3 1 2 4 羧基化反应3 1 2 5 季铵化反应4 1 2 6 席夫碱( s c h i 毋反应4 1 2 7 接枝共聚反应k 4 1 3 壳聚糖及其衍生物的性质及应用5 1 3 1 在水处理方面的应用5 1 3 2 在食品工业中的应用5 1 3 3 在农业中的应用5 1 3 4 在轻工业中的应用6 1 3 5 在生物医学、制药上的应用6 1 4 水凝胶简介7 1 5 水凝胶的制备方法8 1 5 1 化学凝胶的制备8 1 5 2 物理交联9 1 6 水凝胶的分类10 1 6 1 温度敏感性水凝胶1 0 1 6 2p h 敏感性水凝胶l l 1 6 3 电场敏感性水凝胶1l 1 6 4 化学物质敏感性水凝胶l l 1 6 5 光敏感性水凝胶l2 1 6 6 磁敏感性水凝胶。l2 1 6 7 双重敏感性水凝胶1 2 1 7 水凝胶的应用1 3 1 7 1 药物缓控释1 3 1 7 2 组织工程13 1 7 3 物质分离1 4 1 7 4 酶的固定1 4 1 7 5 其他方面的应用1 5 1 8 选题依据和主要研究内容15 1 8 1 选题依据15 1 8 2 主要研究内容1 5 第2 章e d c 羧甲基壳聚糖水凝胶的制备及性能研究。1 7 2 1 引言17 2 2 实验部分1 7 2 2 1 实验材料和仪器1 7 2 2 2 水凝胶的制备1 9 2 2 3e d c 羧甲基壳聚糖水凝胶的表征2 0 2 2 4e d c 羧甲基壳聚糖凝胶时间的测定。2 l 2 2 5e d c 羧甲基壳聚糖凝胶溶胀性能的测试2 l 2 2 6e d c 羧甲基壳聚糖凝胶的药物缓释。2 l 2 2 7 e d c 羧甲基壳聚糖凝胶的抗菌实验2 2 2 3 结果与讨论2 3 2 3 1e d c 羧甲基壳聚糖水凝胶的表征分析。2 3 2 3 2e d c 羧甲基壳聚糖凝胶时间分析2 5 2 3 3e d c 羧甲基壳聚糖凝胶溶胀性能分析。2 6 2 3 4e d c 羧甲基壳聚糖凝胶释药性能分析2 8 2 3 5e d c 羧甲基壳聚糖凝胶抗菌性能分析。3 0 2 4 本章小结3l 第3 章c a d 羧甲基壳聚糖水凝胶的制备及性能研究3 2 3 1 引言3 2 3 2 实验部分_ 3 2 3 2 1 实验材料和仪器。3 2 3 2 2 水凝胶的制备3 4 3 2 3c a d 羧甲基壳聚糖水凝胶的表征3 6 3 2 4c a d 羧甲基壳聚糖凝胶时间的测定3 6 3 2 5c a d 羧甲基壳聚糖凝胶溶胀性能的测试3 6 3 2 6c a d 羧甲基壳聚糖凝胶的药物缓释3 7 3 2 7c a d 羧甲基壳聚糖凝胶的抗菌实验。3 8 3 3 结果与讨论3 8 3 3 1c a d 羧甲基壳聚糖水凝胶的表征分析3 8 3 3 2c a d 羧甲基壳聚糖凝胶时间分析。4 0 3 3 3c a d 羧甲基壳聚糖凝胶溶胀性能分析4 l 3 3 4c a d 羧甲基壳聚糖凝胶释药性能分析钙 3 3 5c a d 羧甲基壳聚糖凝胶抗菌性能分析4 5 3 4 本章小结4 5 第4 章c a d 羟丙基壳聚糖水凝胶的制备及性能研究4 7 4 1 引言4 7 4 2 实验部分4 7 4 2 1 实验材料和仪器4 7 4 2 2 水凝胶的制备：4 8 4 2 3c a d 羟丙基壳聚糖水凝胶的表征4 9 4 2 4c a d 羟丙基壳聚糖凝胶时间的测定5 0 4 2 5c 黼丙基壳聚糖凝胶溶胀性能的测试5 0 4 2 6c a d 羟丙基壳聚糖凝胶的药物缓释5 l 4 2 7 c a d 羟丙基壳聚糖凝胶的抗菌实验5l 4 3 结果与讨论5 2 4 3 1c a d 羟丙基壳聚糖水凝胶的表征分析5 2 4 3 2c a d 羟丙基壳聚糖凝胶时间分析。5 4 4 3 3c a d 羟丙基壳聚糖凝胶溶胀性能分析5 5 4 3 4c a d 羟丙基壳聚糖凝胶释药性能分析5 6 4 3 5c a d 羟丙基壳聚糖凝胶抗菌性能分析5 8 4 4 本章小结5 9 第5 章结论6 0 参考文献6 l 作者已发表和待发表的研究成果6 6 ；改谢6 7 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 壳聚糖概述 第1 章绪论 在自然界中，多糖分布极为广泛，它是一种天然的聚合物，具有独特的的结 构和特殊的特性，多糖物质在人们生活的各个方面发挥着重要的作用。甲壳素 ( c h i t i n ) 是一种碱性多糖，也是地球上的第二大天然再生资源( 纤维素的含量第 一) ，其分布广泛，存在于甲壳动物( 如虾、蟹等的外壳) 、藻类等低等植物及微 生物( 茵类的细胞壁) 中【l 】。甲壳素的c 2 位的羟基被乙酰氨基取代，同植物纤 维素的结构相似，它在地球上的含量极为丰富，每年自然界的生成量可多达1 0 0 0 亿吨【2 - 3 1 。甲壳素呈无定形的白色或淡黄色固体粉末，按其来源不同，分为a 和 b 两种构型，其分子链以螺旋形式平行排列，分子中有大量的乙酰氨基和羟基， 分子内氢键作用较强，具有十分紧密的晶体结构，不溶于稀酸、碱、水和一般的 有机溶剂，只能溶解于强酸以及少数有机溶剂中【4 】。甲壳素为n 乙酰d 葡萄糖 胺的聚糖【5 1 ，其结构式如图1 1 所示： i o = c 、 、c h 3 i 0 2 c 、c h 3 图l - l 甲壳素的结构式f i g 1 1s t r u c t u r eo f c h i t i n 壳聚糖( c h i t o s a n ) 由2 乙酰氨基葡萄糖和2 - 氨基葡萄糖和通过1 3 一l ，4 糖苷键 连接而成，结构与纤维素类似【6 】，其化学结构式如图1 2 所示。 n h oo l l jn x i o = c c h 3 图1 2 壳聚糖的结构式f i g 1 - 2s t r u c t u r eo f c h i t o s a n 甲壳素在强碱性环境下，可通过脱乙酰而得到壳聚糖，壳聚糖是甲壳素最 为重要的衍生物。如在一定的温度控制下( 舡甲壳素一般为1 0 0 - 1 6 0 c ，p 甲壳 素一般为8 0 c 左右) ，用4 0 - 5 0 的碱水溶液处理数小时，经后处理纯化可制备 武汉理工大学硕士学位论文 得到壳聚糖，壳聚糖的脱乙酰度( d a ) 可高达9 5 ，再经过一系列的褪色处理， 可得到半透明的壳聚糖【| 丌。壳聚糖的n 脱乙酰度、分子量及粘度是衡量其性能的 主要指标。 壳聚糖中含有大量极性氨基，同甲壳素相比，其溶解性得到提高，在酸性介 质中，当壳聚糖的脱乙酰度达到5 0 左右时，壳聚糖单元c 2 位上的氨基官能团 被h + 质子化，多糖被转化为聚电解质而溶解，一般随壳聚糖脱乙酰度的增大， 溶解性也相应的升高。壳聚糖是一种聚阳离子的高分子化合物，具有好的生物可 降解性、抗菌活性、生物相容性、安全无毒、灵活多变的物理和化学性质等，壳 聚糖基的聚合物材料可以形成凝胶、纤维、薄膜、海绵、纳米粒子等1 8 】。壳聚糖 上氨基的存在使其在应用上比甲壳素表现出更大的潜力，是一种很好的医用材料 和新型功能材料，被广泛的应用于各个领域，如生物医药、药剂学、药物传输系 统、组织工程、伤口愈合、药物辅料、粘合剂、抗氧化剂、生物传感器、医用水 凝胶、水的净化、食品包装、造纸工业掣9 。l l 】。 1 2 壳聚糖的改性 壳聚糖因具有良好的生物活性和生物相容性等优良特点，因此被广泛的应用 于人类生活的各个方面。然而壳聚糖的溶解性相对比较差，仅溶于二定的酸性介 质中( 如乙酸、柠檬酸等有机酸) ，不溶于水，不溶于中性和碱性的环境，这使 其应用在很大程度上得到了限制。壳聚糖分子单元中存在大量活性的氨基和羟基 基团，易于改性，通过化学方法，将某些基团( 如烷基和羧甲基) 接枝到壳聚糖 的分子链上得到壳聚糖衍生物，这不仅提高了壳聚糖的溶解性，且这些取代基团 的引入赋予了壳聚糖新的活性特点和性能。因此对壳聚糖进行改性将进一步扩展 其应用范围，具有重要的科研价值。 1 2 1 醚化反应 在乙醇或异丙醇的介质中，经碱化处理的壳聚糖上c 6 和c 3 上的羟基可与 羟基化试剂( 如2 氯乙醇，环氧丙烷，环氧丁烷等) 反应生成相应的醚类衍生物。 袁毅桦，陈忻等的实验研究表明，壳聚糖经羟丙基化后可得到羟丙基壳聚糖，在 相同湿度下，其吸湿、保湿性均得到很大提高，可更好的应用在化妆品行业中【1 2 1 ： 孙振乾等研究表明，经羟丙基壳聚糖处理的纸张，其耐磨性、耐折叠性、抗老化 性能等都得到了显著提高，这为纸张的长期保存工作开辟了新的前景【1 3 1 。魏长 征等人用环氧丁烷制备了具有温敏性的羟丁基壳聚糖( h b c ) ，在低于最小临界溶 液温度( l c s t ) 时，羟丁基壳聚糖呈溶液状态，当温度升高时，羟丁基壳聚糖成 为凝胶并具有一定的机械强度，是一种理想的温敏性材料；实验研究表明，羟丁 2 武汉理工大学硕士学位论文 基壳聚糖注入小鼠腹腔后，可以在3 0 6 0s 迅速形成凝胶，具有良好的柔韧性， 能在受损盲肠和腹部侧壁形成物理屏障，具有长时间预防腹腔粘连的作用，可以 作为预防手术后粘连的新材料【1 4 l 。 1 2 2 酰化反应 壳聚糖能与酸酐、酰卤( 主要是酰氯) 等反应，可将不同分子量和类型的酰基 基团导入到壳聚糖分子链上，酰化反应主要在壳聚糖的n h 2 ( n 酰化) 上进行， 生成酰胺，也可在o h ( o 酰化) 上进行，生成酯【l 引。 酰化后壳聚糖，大分子间的氢键被破坏，晶态结构被改变，提高了溶解性； 同时由于新基团的导入，赋予了壳聚糖新的性能。如陈煜等人制备了3 ，4 ，5 三甲氧基苯甲酰壳聚糖，测试表明，其具有好的溶解性，且具有表面活性、能对 光线中的对皮肤有害的紫外线起到一定的吸收作用，可用于防晒护肤品中【1 6 】。 1 2 3 酯化反应 一些含氧酸可与壳聚糖中的羟基( 特别是c - 6 位的羟基) 发生酯化反应，硫 酸酯化和磷酸酯化是壳聚糖最常见酯化反应。 硫酸酯化剂一般是发烟硫酸、氯磺酸以及s 0 3 等，反应溶剂为吡啶、甲苯等 有机溶剂，这些酸酸性强，有较强酯化作用，壳聚糖与硫酸直接反应可得到其硫 酸酯，具有较好的抗凝活性，同肝素相似，且价格成本比肝素低，具有重要的应 用价值【1 7 - 1 钔。把p 2 0 5 加入到壳聚糖的甲磺酸溶液中反应可制得其磷酸酯，此衍 生物有好的水溶性和耐热性，有强的吸附重金属离子的能力，常应用于处理海水 中存在的铀等污染物质【1 9 - 2 0 。 1 2 4 羧基化反应 壳聚糖上的羟基或氨基可与氯代烷酸( 氯乙酸) 、乙醛酸等反应，将极性的 羧酸基团引入分子链上。其中羧甲基化研究最为广泛，根据羧基基团和壳聚糖反 应位置的不同，羧甲基壳聚糖可分为：0 羧甲基壳聚糖( o = c m c h i t o s a n ) 、n 羧甲 基壳聚糖烈c m - c h i t o s a n ) 和n ，o - 羧甲基壳聚糖( n ，o c m c h i t o s a n ) 2 1 】。 h a - n an a s 等首先将壳聚糖用亚硝酸钠( na _ n 0 2 ) 和硼氢化钠( n a b h 4 ) 降解得 到低分子量的壳聚糖( l m c s ) ：然后将低分子量的壳聚糖用6 0 0 o 的氢氧化钠碱化 处理后，和氯乙酸反应制备得到了低分子量的羧甲基壳聚糖( l m o - c m c s ) ，其 具有很好的水溶性和低的细胞毒性 2 2 】。q i n g p i n gs o n g 在9 0 ( 2 的条件下，用氯乙 酸代替相对昂贵的乙醛酸，和壳聚糖反应4 h ，制备得到了n - 羧甲基壳聚糖 ( n - c m - c h i t o s a n ) ，其取代度高达1 3 2 以上 2 3 1 。 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 5 季铵化反应 壳聚糖c 2 位的氨基上易发生季铵化反应。季铵盐基团的位阻相对大、亲水 能力强，将其引入壳聚糖，一方面大大削弱了壳聚糖分子间存在的氢键作用，另 一方面季铵盐与水的水合作用增大，提高了壳聚糖的水溶性。 蔡照胜等人用c t a 为改性剂，在6 0 的碱性条件下，同壳聚糖反应9 小时， 得到了2 羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖( h t c c ) ，其有高达9 0 以上的接枝率，有 良好的水溶性，改变了传统改性剂g t m a c 易水解、接枝率低的不足【2 4 】。 与壳聚糖相比，壳聚糖季铵盐聚集了更多的正电荷，可以作为絮凝剂、阳离 子表面活性剂、抗菌剂、金属离子吸附剂、离子交换剂、蛋白药物的载体等【2 5 1 。 “等在中性条件下成功地制备了壳聚糖季铵盐海藻酸盐纳米粒，将其作为蛋白 的口腔运输载体，实验表明，黏膜上皮细胞对蛋白的吸收大大提高，从而增强蛋 白的释放和生物利用率【2 6 1 。 1 2 6 席夫碱( s e h i f 0 反应 在中性环境下，醛酮能与壳聚糖上的活性- n h 2 反应，生成亚胺，席夫碱反应 两个重要的作用：一是生成亚胺以保护氨基，这样可以只在羟基上引