壳聚糖改性与应用.ppt

壳聚糖的抗菌应用及改性 Content 壳聚糖 1 2 壳聚糖的抗菌应用 3 壳聚糖的改性 壳聚糖 壳聚糖又名脱乙酰甲壳素 聚氨基葡萄糖 化学式为 C6H11NO4 n 它是一种性质活泼的高分子聚合物 结晶度较高 广泛存在与虾蟹等低等动物 藻类等低等植物 蘑菇等大型真菌中 甲壳素在碱性条件下加热脱去N 乙酰基后得到壳聚糖 壳聚糖 纯品的壳聚糖是带有珍珠光泽的白色片状或粉末状固体 相对分子质量因原料不同而从数十万到数百万 壳聚糖一般只溶于稀盐酸 硝酸等无机酸和大多数有机酸 不溶于水和碱溶液 在乙酸等有机弱酸中可发生溶胀部分溶解 在稀盐酸中可完全溶解 壳聚糖是天然糖类中唯一大量存在的碱性氨基多糖 壳聚糖 壳聚糖在其大分子结构中含有丰富的羟基和氨基 这些活性基团可以和其它物质的分子发生化学反应 通过酰化 羟基化 氰化 醚化 烷基化 酯化 酰亚胺化 叠氮化 成盐 螯合 水解 氧化 卤化 接枝与交联等反应 可制备壳聚糖衍生物 壳聚糖 壳聚糖无毒副作用 具有良好的生物相容性 生物可降解性 吸湿性和保湿性 有明显的抗菌抑菌作用 在生物医药材料中有广泛的应用 壳聚糖具有表面多孔结构 是良好的药物缓释剂和保水剂 壳聚糖分子中含有氨基 使其成为天然阳离子絮凝剂 壳聚糖的抗菌应用 壳聚糖的抗菌作用的报道最早见于1979年 人们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 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 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 低分子量的壳聚糖分子侵入到微生物细胞内 阻碍微生物DNA转录 扰乱了细胞正常的生理活动 从而阻碍微生物的繁殖 最终起到抗菌目的 壳聚糖的抗菌应用 影响壳聚糖及其衍生物抗菌活性的因素 相对分子质量和脱乙酰度 1 2 溶液pH值 3 金属离子 壳聚糖的抗菌应用 壳聚糖相对分子质量和脱乙酰度 壳聚糖的抗菌活性随相对分子质量和菌种的不同而不同 测定不同相对分子质量壳聚糖对大肠杆菌的抗菌活性 发现低相对分子质量壳聚糖的抗菌活性较高相对分子质量壳聚糖高 但是中等相对分子质量壳聚糖 9 104 能促进细菌生长 脱乙酰度的增加使壳聚糖自由氨基增多 因此在酸性条件下其水溶性更强并带有更多的质子化氨基 与带负电荷的细菌细胞表面的相互作用增加 抗菌活性增强 壳聚糖的抗菌应用 溶液pH值 许多研究表明壳聚糖的抗菌活性随溶液酸性的增加而增强 这可能是源于壳聚糖的聚阳离子特性 在较低pH值下更多的氨基带正电荷 使其与带负电荷的细菌细胞表面相互作用增强 然而 酸溶液本身就具有杀菌性 因此最终的实际抗菌效果可能是聚阳离子和溶液酸性共同作用的结果 壳聚糖的抗菌应用 金属离子 添加钠离子能增强壳聚糖的抗菌活性 而添加二价金属阳离子则按照以下顺序降低壳聚糖的抗菌性 Zn2 Ca2 Ba2 Mg2 壳聚糖的抗菌应用 壳聚糖抗菌成膜喷剂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 用于各种外伤伤口 保护创面 预防皮肤 粘膜及损伤表面感染 并能迅速止血止痛 促进创面愈合 缩短愈合时间 抑制伤口疤痕形成 用于皮肤粘膜感染部位的抗感染治疗和预防继发性感染 壳聚糖的抗菌应用 前景展望虽然壳聚糖对一系列的微生物具有抗菌活性 但壳聚糖只能溶于pH值 6 5的酸性溶液中 这限制了其作为抗菌剂的进一步应用 水溶性是壳聚糖能否发挥抗菌性的决定性因素 因此 将壳聚糖改性以增加水溶性和抗菌性成为近年研究的热点 壳聚糖的改性 羧烷基反应 1 2 季铵化反应 3 糖基修饰 壳聚糖的改性 羧烷基反应 壳聚糖与氯乙酸在碱性条件下反应可制得羧甲基壳聚糖 这是现今应用得最多的壳聚糖衍生物之一 羧甲基壳聚糖是一种水溶性壳聚糖衍生物 其抗菌活性高于壳聚糖 壳聚糖羧烷基化抗菌活性提高的原因 1 溶解性提高2 羧基存在使得pH降低 有利于氨基质子化 壳聚糖的改性 羧烷基反应 壳聚糖的羧甲基化不仅发生在 OH上 也会在 NH2上发生取代 要想得到结构单一的羧甲基壳聚糖 并且影响抗菌活性 必须严格控制反应条件 当在碱性下反应时 羧甲基化反应的活性为 一级羟基的活性 二级羟基的活性 氨基的活性 壳聚糖的改性 季铵化是另一种增强壳聚糖水溶性和抗菌性的改性方法 实现壳聚糖季铵化一般有两种方式 1 直接将壳聚糖骨架上的氨基修饰为季铵盐 2 在壳聚糖骨架之外引入季铵基团 这种季铵化方法可以在壳聚糖分子结构中引入不同碳数的烃基 从而得到不同碳链长度的壳聚糖季铵盐衍生物 季铵化后的壳聚糖水溶性增加 抗菌活性增加 季铵化反应 壳聚糖的改性 季铵化后的壳聚糖水溶性增加 抗菌活性增加 羧甲基壳聚糖季铵盐 HACC 是这些衍生物中抑菌活性最好的 并且其抑菌活性随着正电荷的增加而增强 这表明壳聚糖季铵盐中正电荷在抑菌活性中的作用是异常显著的 季铵化反应 壳聚糖的改性 糖基修饰能增强壳聚糖的水溶性 并赋予壳聚糖衍生物更多新的性能 如靶向性 因此 糖基修饰是获得具有多功能性及良好水溶性壳聚糖衍生物的有效方法 糖基化 D 葡萄糖胺和N 乙酰 D 葡萄糖胺选择性的接