2015届本科毕业论文(设计)
题目：电纺明胶/壳聚糖/羟基磷灰石/氧化石墨烯复合膜的制备及性能研究
The Electrospinning GE/CS/HA/GO Composite
Membrane Preparation And Performance Study
学院：化学化工学院
专业班级：化学11-2班
学生姓名：柏超
指导教师：王英波
答辩日期：2015年5月9日
新疆师范大学教务处
目录
1 绪论 (1)
1.1 生物材料概述 (1)
1.1.1 生物材料的定义 (1)
1.1.2 生物材料的发展概况 (1)
1.1.3 生物材料的分类 (2)
1.1.4 生物材料的一般性能要求 (2)
1.1.5 生物材料对人体的影响 (2)
1.2 骨修复材料 (3)
1.2.1 明胶 (3)
1.2.2 壳聚糖 (4)
1.2.3 羟基磷灰石 (4)
1.2.4 氧化石墨烯 (4)
1.3 静电纺丝技术 (5)
1.4 本实验研究的目的和内容 (6)
1.4.1 研究目的 (6)
1.4.2 研究内容 (6)
2. 实验部分 (7)
2.1 材料与试剂 (7)
2.2 实验仪器 (7)
2.3 实验内容 (8)
2.3.1 电纺GE/CS/HA/GO四元复合纤维 (8)
2.3.2 四元复合纤维样品的分析和表征 (8)
3. 结果与讨论 (10)
3.1 GO浓度对复合纤维形貌的影响 (10)
3.2 图案化四元复合纤维的结构表征 (11)
3.3 四元复合纤维对BSA的吸附 (13)
3.3.1 BSA溶液的pH对吸附的影响 (13)
3.3.2 不同初始浓度的BSA溶液对吸附的影响 (14)
3.4 四元复合纤维的力学性能测试 (16)
4. 结论 (17)
参考文献 (18)
致谢 (19)
电纺明胶/壳聚糖/羟基磷灰石/氧化石墨烯复合膜的制
备及性能研究
摘要：近年来生物材料发展迅猛，尤其在骨修复材料方面。这得益于骨修复材料能直接或间接治疗疾病或辅助修复损伤的骨骼的功能，同时具有优良的生物相容性和可降解性，以及优异的机械强度和抗菌性。这既可以优化治疗骨病的方案，降低治疗或手术的风险，而且植入后随人体代谢而降解，免去二次手术。而利用静电纺丝技术制备出的骨修复材料具有较高的比表面积和孔隙率，这非常利于人体成骨细胞的粘附、生长、分化，促进骨的修复。人体骨具有一定的微结构，所以本文利用电纺纤维技术，制备具有微结构的复合纤维，使其更利于发挥其功能。因此，本文采用静电纺丝技术和图案化模板来制备GE/CS/HA/GO四元复合纤维膜骨修复材料。并探讨GE/CS/HA/GO四元复合纤维的电纺条件和最佳参数，并对其表征和性能进行研究。研究内容包括以下几个部分：
（1）在GE/CS/HA三元体系的最优实验条件基础上探索制备GE/CS/HA/GO四元复合纤维时GO的最优浓度。结果表明：通过电镜和光镜观察其形貌得出当GO浓度为0.050%和模板为200目筛网时，其表面纤维排布有序、粗细均匀、无珠状物和液滴。表现出较好的形貌。
（2）当材料植入人体内，为保证细胞所需的营养物质供给，利于骨缺损处的修复，复合材料需要对蛋白质有一定的吸附。将最优条件下制备的四元复合纤维在模拟体液环境下，考察其对牛血清蛋白的吸附量。结果表明：GE/CS/HA/GO四元复合纤维对BSA的饱和吸附量在0.050 mg·mL-1左右。随着BSA溶液的pH值的增加，无序纤维表面和微结构纤维表面对BSA的吸附顺序相似，但由于吸附蛋白的有效面积不同，导致材料表面对BSA的最大吸附量的pH值略有差别。BSA的初始浓度越大，纤维的初始
吸附量越大，但都是在20 min后达到平衡。
（3）复合纤维膜在植入人体后，会受到来自其周边的组织、器官的摩擦挤压等情况。因此，优良的复合纤维膜需要优异的力学性能才能发挥其最大的功能。将无序化和图案化GE/CS/HA/GO四元复合纤维进行拉伸强度测试，并与GE/CS/HA三元复合纤维进行对比。结果表明：四元复合纤维明显高于三元复合纤维，这是由于在四元系统中加入GO，改善了纤维界面的粘接质量，从而提高了拉伸强度。而图案化GE/CS/HA/GO四元复合纤维拉升强度达到了1.71MPa。由于微结构复合纤维的各项异性，微结构纤维膜的拉伸强度大于无序纤维的拉伸强度。因此，该复合纤维材料表现出良好的机械强度。
以上研究结果表明，本论文成功制备出GE/CS/HA/GO四元复合纤维，并分析表征其空间分布和排列方式，提升了复合纤维的机械强度和抗菌性。有望使骨修复材料在临床医学领域发挥出重要作用。
关键字：氧化石墨烯；图案化纤维；复合材料；蛋白吸附；力学性能
The Electrospinning GE/CS/HA/GO Composite
Membrane Preparation And Performance Study Abstract:In recent years, the rapid development of biological materials, especially in bone repair materials. Thanks to the bone repair material can directly or indirectly treat disease or auxiliary repair damaged bones, but also has excellent compatibility and biodegradability of the organism, and excellent mechanical strength and antibacterial property. This scheme can optimize the treatment of bone disease, reduce the risk of treatment or operation, and after implantation with human metabolism and degradation, the operation time necessary to remove two. The bone repair material prepared by electrospinning has high specific surface area and porosity, which is very beneficial to human bone cell growth, adhesion, differentiation, promote bone repair. But there is a certain human bone structure, so the use of micro pattern template of electrospun fibers, the composite fiber has a certain structure, more conducive to play the function of . Therefore, the preparation of GE/CS/HA/GO four composite fiber scaffolds for bone repair materials by electrospinning technique and patterned templates. And to explore the four element composite fiber GE/CS/HA/GO electrospinning conditions and the best parameters. The characterization of its morphology and properties. The research content includes the following parts:
(1) to explore the optimal concentration of GO, the preparation of four
element composite fiber GE/CS/HA/GO under optimal conditions based on GE/CS/HA three system results show that: by light and electron microscopy were obtained when the GO concentration is 0.050% and the template for the 200 mesh, the surface of fiber arranged orderly, uniform thickness, no bead and drop. Better morphology.
(2) when the materials implanted in the human body, in order to ensure the supply of nutrients required for cells to repair, bone defect, composite materials have a certain adsorption on protein. The adsorption amount of four element composite fiber will be prepared at the optimal conditions of the bovine serum albumin in human body fluid environment. The results show that: the saturated adsorption amount of four yuan of GE/CS/HA/GO composite fiber BSA in 0.050%. With the increase of BSA and the pH value of the solution, the adsorption order disordered fiber surface and microstructure of BSA fiber surface is similar, but the effective area of the protein adsorption is different, resulting in the maximum adsorption capacity of BSA on the surface of the material pH value is slightly different. The initial concentration of BSA, the initial adsorption amount of fiber is larger, but it is to achieve balance in 20 min.
(3) composite fibrous scaffold after implantation in the human body, such as friction extrusion by the surrounding tissue, organ. Therefore, the need to fine fibrous scaffolds with excellent mechanical properties and maximize its function. The four element composite fiber disordering and patterned GE/CS/HA/GO tensile strength test, and compared with the three element composite fiber GE/CS/HA. The results showed that: four yuan three yuan was significantly higher than that of composite fiber
composite fiber, this is due to the addition of GO in the four element system, improve the quality of fiber bonding interface, which improves the tensile strength of. The four element composite fiber patterning of GE/CS/HA/GO tensile strength reached 1.71MPa. Due to the anisotropic microstructure of composite fibers, the tensile strength of the tensile strength of the micro structure fiber membrane is greater than that of disordered fiber. Therefore, the composites exhibit good mechanical strength.
The above research results indicate that, this paper successfully prepared GE/CS/HA/GO four element composite fiber, and to characterize the spatial distribution and arrangement, enhance the antibacterial properties and mechanical strength of the composite fiber. Is expected to make the bone repair materials play an important role in the field of clinical medicine.
Keywords:graphene oxide; patterned fiber; composite materials; protein adsorption; mechanical properties
1 绪论
1.1生物材料概述
生物材料是直接或间接作用于人体，修复治疗人体组织、器官和骨骼等一类高科技材料。其构成多种多样，可以是无机材料或有机高分子材料，亦或是复合材料。其特点具有良好的生物相容性、生物降解性及优异的机械强度、抗菌性等。因此，具有广大的发展空间，近年来其发展速度迅猛。
1.1.1生物材料的定义
生物材料是一类用于人体骨骼、组织和器官的诊断、修复或增进其功能的高科技材料，其功能直接作用于需治疗部位，其作用药物是不可替代的。可分为天然生物材料和人造生物材料。生物材料能直接或间接治疗疾病或辅助修复损伤的骨骼，而不能恢复缺陷部位。
1.1.2生物材料的发展概况
生物材料应用生物学和人体工程学的原理，对生物材料定向的制备具有特定需要功能的生物技术。生物工程学从上世纪70年代初发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等。
发展到90年代，生物材料技术发展迅猛，在当时全球经济危机的大背景下，生物材料却每年保持着13%的增长，这充分体现了生物材料具有广阔的发展空间和需求市场。
将生物材料真正的应用于现代医学领域是未来的一个必然发展趋势，传统的无机医用金属、高分子、生物陶瓷等材料已不能满足现代医学发展的要求，实际上，生物材料用于现代医学领域已经有一些成果，例如：定向药物释放，微创治疗等等。
当前，我国生物材料学基础研究有了重大发现和进展，但生物材料的产业化水平较低，产业规模小，还不能满足我国医疗保健的实际需求。因此国家实施了一系列政策和经济支持，刺激其产业化发展速度，增强我国生物材料的自主创新能力，减少进口需求并加大出口力度，扩大中国生物材料在国际上的影响力。
1.1.3生物材料的分类
生物材料品种多样，应用广泛，其分类方法也有多种。
（1）按材料的属性可分为：a.医用生物金属材料；b.医用生物无机非金属材料；c.医用生物高分子材料；d.医用生物复合材料；e.生物衍生材料
（2）按材料的功能可分为：a.硬组织相容性材料；b.软组织相容性材料；c.血液相容性材料；d.生物降解材料；e.高分子药物多肽、人工合成疫苗等
（3）按材料的特性可分为：a.生物活性材料；b.生物惰性材料；c.生物降解材料
（4）按材料的来源可分为：a.自体材料；b.同种异体器官及组织；
c.异体器官及组织；
d.天然生物材料；
e.人工合成材料
1.1.4生物材料的一般性能要求
（1）生物相容性
生物相容性指生物材料在进入人体内后不引起排斥反应。主要有血液相容性，不能引起凝血、溶血等不良排斥反应，组织相容性，不能引起组织炎症、排拒等不良排斥反应。
（2）力学性能
生物材料在人体内会经历周边组织带来的挤压、摩擦、冲击等情况，因此，生物材料必须具有一定的机械强度才能满足其功能需求。
（3）耐老化可降解
生物材料在人体内有的只有几小时或几天，有的可长达几年甚至十几年，短时间内其作用完成后应在人体内自行降解，而长时间则需要其具有很强的稳定性，能够在人体内长期发挥作用。
（4）制作加工简便
生物材料在优异的治疗、修复和增进的功能下，还应容易制作和加工，且价格适中，适合大批量的工业化生产。
1.1.5生物材料对人体的影响
生物材料植入人体内后，可能对人体会产生不适反应。主要有局部的组织反应和全身的免疫反应。
（1）局部组织反应
①排异反应：指人体内植入异物，会在其周围发生不同程度的炎症反应。人体不会很快代谢生物材料，就会在其周围形成包囊，将生物材料与组织分隔开，随后包囊会纤维化且不断增厚，最终钙化变硬，引起局部持续性感染。
②钙化：生物材料表面钙化导致其丧失功能。这既有材料本身的原因，也有机体的原因。例如：材料的性质、材料的机械运动、局部营养不良、死亡细胞的沉积等。
③感染：生物材料植入人体内引起感染是最常见的。其原因有材料的污染或材料本身易导致感染。因此，植入时应严格消毒灭菌，避免植入失败。
④血液反应：若生物材料植入人体会干涉人体循环系统或与血液接触就易出现血栓。
⑤肿瘤：生物材料的致癌尽管临床极少见，但在动物实验中却屡见不鲜。可能由于致癌物质在生物材料上的聚集或包囊的突变。因此生物材料不要使用刺激性强，有毒可溶物质，尽可能使其表面粗糙，减少与组织的间隙。
（2）全身免疫反应
生物材料植入人体可能会引起全身性免疫反应，包括体液免疫反应和细胞免疫反应。常见于人工血管材料等于血液有直接接触的生物材料。临床上表现出过敏反应、感染、恶性肿瘤的发生、软组织钙化或纤维化，尤其是肺的纤维化、动脉硬化等。
1.2骨修复材料
将生物材料用于人体骨修复领域中，是近年来一个研究热点。骨修复支架材料根据靶向释放原理，利用生物材料携带促进骨生长的基因定向到达骨缺损位置，并且缓慢释放促进骨组织的再生，可以提高骨修复的效果[1]。
本研究所使用的材料有明胶、壳聚糖、羟基磷灰石、氧化石墨烯。它们用于生物材料具有其他材料没有的优点，但也存在一些缺点。
1.2.1明胶
明胶（Gelatin，GE）是以动物的皮和骨骼为原料，经过加工制成的
一种无味，半透明黄色的颗粒、薄片或粉末。明胶的主要成分是多肽分子混合物，分子量可达几万至十几万。明胶是一种两性物质。等电点在6 ~ 8左右（A型），当pH < 等电点，明胶带正电荷，向电场阴极移动，具有酸性。当pH > 等电点，明胶带负电荷，向电场阳极移动，具有碱性。明胶分子结构上有大量的羟基、羧基和氨基，所以明胶具有极强的亲水性。
明胶在日常生活，生产制造方面有广泛应用：1.食用明胶广泛用于糖果、罐头、皮冻等食品方面。2.药用明胶常常作为软硬胶囊、片剂糖衣等。
3.照相明胶还广泛用于生产胶片、胶卷、医用X光夹片等。
4.工业明胶则在印刷、印染、纺织、国防、航空、电子等各个领域发挥重大作用。
1.2.2壳聚糖
壳聚糖（Chitosan，CS）又名脱乙酰甲壳素，是由几丁质脱乙酰作用得到的，分子式：(C6H11NO4)N，单元体的分子量为161.2，其结构如图1-1所示。
图1-1 壳聚糖结构图
壳聚糖大分子中有活泼的羟基和氨基，具有很强的化学反应能力。能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、卤化、缩合和络合等化学反应，可生成许多具有不同性能的衍生物，扩大了壳聚糖的应用范围。壳聚糖具有许多生理活性，如：1.控制胆固醇，2.抑制细菌活性，3.预防和控制高血压，4.吸附和排泄重金属，5.免疫作用。因此，壳聚糖具有广泛的应用，如：1.生产化妆品，2.生产絮凝剂，3.生产饲料饵料，4.生产吸附剂。
1.2.3羟基磷灰石
羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）[Ca10(PO4)6(OH)2]是生物体骨骼和牙齿的主要无机成分，具有优良的生物相容性。其植入人体后，钙和磷会游离出材料表面被身体吸收并生长出新的组织。有研究证明羟基磷灰石的晶粒越细，其生物相容性越高。因此，羟基磷灰石常常用于生物材料的原料。
1.2.4氧化石墨烯
氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）是石墨烯的氧化物，有粉末状、片状或溶液状。其结构如图1-2所示，它具有两亲性，从其边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可以降低其存在界面间的能量。
氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有很高的比表面积和其表面有丰富的官能团。此外，GO还有抗菌性[2]，可被用来防止外部伤口的感染[3]。因此，氧化石墨烯用于生物复合材料的制备更是具有广泛的应用领域。
图1-2 氧化石墨烯结构图
1.3静电纺丝技术
静电纺丝技术如图1-3，它是将聚合物溶液运送至电纺箱中针头处，产生液滴，在电场的作用下形成泰勒锥，从尖端延展出纤维细丝，接收至下端的接收板上，形成纳米级的纤维膜。
影响电纺出纤维膜的因素有以下几点：（1）聚合物的分子量和分子结构等、（2）溶液的浓度、粘度等[4]、（3）电纺时电压的大小、（4）针头与接收板之间的距离、（5）电纺箱中的温度、湿度等、（6）针头的形状。
利用静电纺丝技术可以制备出具有良好生物相容性和可降解性，以及较大的比表面积和孔隙率的生物材料[5,6]。因此，本实验将采用静电纺丝技术制备四元复合纤维。
图1-3 静电纺丝技术原理图
1.4本实验的研究目的和内容
1.4.1研究目的
随着生物材料的发展，生物材料的制备从适应生物环境向制备具有特殊功能的生物复合材料。近年来，制备出许多二元，甚至三元复合材料，它们具有其他材料所不具备的优点及特殊功能，但在材料的机械强度、抗菌性等方面存在一些缺陷。
因此，本研究采用静电纺丝技术制备GE/CS/HA/GO四元复合纤维材料。在GE/CS/HA三元复合纤维体系中加入GO，将会提升复合纤维的机械强度和抗菌性。这也是本研究的创新点和出发点。
1.4.2研究内容
采用静电纺丝技术制备出GE/CS/HA/GO四元复合纤维材料。
（1）人体骨是有一定的结构，所以利用微图案模板电纺纤维，会使复合纤维具有一定结构，更利于发挥其功能[7]。在GE/CS/HA三元体系的最优条件基础上制备GE/CS/HA/GO四元复合纤维，利用光学显微镜和扫描电子显微镜对其形貌进行研究，探索添加GO的最优浓度，以及图案化模板的选择。
（2）在最优条件下制备的四元复合纤维在模拟体液环境下，考察其
对牛血清蛋白的吸附量。考察BSA的初始浓度、BSA的pH、和BSA吸附时间对其吸附蛋白的影响。
（3）无序化和图案化GE/CS/HA/GO四元复合纤维进行拉伸强度测试，考察其在力学方面的性能。
2.实验部分
2.1材料与试剂
表2-1 材料和试剂
名称规格厂家
明胶化学纯北京化工厂
壳聚糖分析纯浙江金壳生物化学有限公司
羟基磷灰石分析纯上海华蓝化学科技有限公司
氧化石墨烯分析纯上海山浦化工有限公司
高锰酸钾分析纯陕西省西安化玻站总经销
磷酸二氢铵分析纯天津市盛奥化学试剂有限公司
氯化钠分析纯天津市致远化学试剂有限公司
氯化钾分析纯天津永晟精细化工有限公司
磷酸二氢钾分析纯天津市致远化学试剂有限公司
磷酸氢二钠分析纯天津永晟精细化工有限公司
过氧化氢分析纯天津永晟精细化工有限公司
盐酸分析纯天津市风传化学试剂科技有限
硫酸分析纯北京化工厂
乙酸分析纯天津永晟精细化工有限公司
2.2实验仪器
表2-2 实验仪器
静电纺丝机TL01 深圳通力微纳科技有限公司
扫描电子显微镜LEO-1430VP Carl Zeiss, Germany
透射电子显微镜JEM-2100F JEOL, Japan
光学显微镜XY-RFL 宁波舜宇仪器有限公司
紫外分光光度计U3310 日立公司, 日本
万能力学测试仪UTM6104 深圳三思纵横科技股份有限公司
2.3实验内容
2.3.1电纺GE/CS/HA/GO四元复合纤维
（1）Hummers method制备氧化石墨烯和还原氧化石墨烯：将5g 石墨和115mL浓硫酸和25g高锰酸钾混合均匀，置于0℃下的500mL蒸馏瓶中，搅拌2h，然后在35℃下油浴中回流搅拌12h，加入蒸馏水，在90℃油浴中加热30min。然后加入15mLH2O2，搅拌30min，过滤，调节pH至中性，在60℃干燥箱中干燥，得到GO。
（2）电纺液的制备：将CS溶解在体积分数为20%的乙酸水溶液中，搅拌12h后，将HA和GO混合研磨30min后加入电纺液，超声分散30min 后，搅拌12h，最后将GE加入电纺液中搅拌均匀，在60-70℃恒温水浴中溶胀GE，搅拌12h后，备用。
（3）无序化纤维制备：剪裁13×20 cm2的铝箔固定在接地的接收钢板上，接收距离为15cm。将磨钝的针头固定在注射卡槽中，与注射器连接好，将电纺液注入干燥的注射器中，排空注射器中多余的空气后注入导管。调节注射泵速率为3mL/h，在电纺电压为18.5kV，机箱温度为40℃，
甲壳素是一种白色或灰白色的半透明无定形固体，通常在270℃分解。甲壳素基本上不溶解于水、乙醇、乙醚、稀酸以及稀碱等物质，它可溶于浓度较高的无机酸，但不溶于稀硫酸等稀酸。壳聚在溶液状态时，需要被放置在酸性环境中，但是，由于壳聚糖具有醛基结构，因此，壳聚糖在酸性溶液中易发生降解，从而使壳聚糖溶液粘度下降，通过加入甲醇、丙酮、乙醇等物质可以使壳聚糖的溶液粘度升高，在试验中一般常用乙醇，作用最为明显。由于甲壳质中含有羟基，壳聚糖中同时含有羟基和氨基，因此，壳聚糖和甲壳质可以通过酚化、羧基化、氰化、螫合、水解、醚化、酯化、醛亚胺化、烷化、叠氮化、羟基化、成盐、氧化、卤化、接枝与交联等反应生成不同结构和不同性能的衍生物[29]。 甲壳质通过脱乙酰反应可制得壳聚糖，通常使用质量分数为50%左右的氢氧化钠溶液处理甲壳质并加热到105℃，在该温度下保持两小时，然后将材料水洗至中性，经过抽滤、干燥即可得到白色的壳聚糖。壳聚糖的脱乙酰度和相对分子量受反应温度、反应时间以及碱液浓度的影响，使用蟹虾壳海蟹壳、对虾壳、河虾壳和蚕蛹等原料在同一方法和条件下制备壳聚糖，其中以海蟹壳的产率最高，可见海蟹壳是制备壳聚糖的最佳原料。除此之外，还以使用酶法、微波法等方法制备壳聚糖[30]。2.1.2.2 壳聚糖的纯化及脱乙酰 壳聚糖（Chitosan）的纯化： （1）用天平称取6 g chitosan 于800 ml 1％（V/V）的醋酸溶液中，磁力搅拌 溶解2h，待完全溶解后静置2h，可见烧杯底有大量沉淀； （2）将壳聚糖溶液倒入离心管，用普通天平平衡后，再用高速离心机9 000 rmp, 离心10 min 收集上清，倒入另一干净的1 L 烧杯中； （3）边用磁力搅拌器搅拌，边用5 ％NaOH 溶液缓慢调pH 值到9，静置2 h， 待chitosan 完全析出； （4）再用高速离心机9 000 rmp, 离心10 min，或者使用真空泵抽滤以收集 纯化的chitosan； （5）放入－70 ℃冰箱过夜，用冻干机干燥备用[31]。 壳聚糖（Chitosan）的脱乙酰： 1）用500 ml 三口瓶配40 ％(W/V) NaOH 溶液，与壳聚糖混合，然后将洗 净的磁力搅拌子放入其中； （2）打开磁力搅拌器总开关及加热开关，将反馈式温度计插入硅油中，并将温 度计导线接入仪器后座插口，调节温度计旋钮将温度设定为95℃，待温度达到预定 值时，将三口瓶架入油浴槽，装好冷凝管，打开自来水水龙头和搅拌开关，反应2 h； （3）关闭仪器各开关，将三口瓶架在空中，让瓶底的油滴到用油浴槽内，同时 让温度自然冷切； （4）加入三蒸水稀释后，倒入垫有双层定性滤纸的陶瓷漏斗中，用真空泵抽滤， 多次稀释抽滤洗涤至中性； （5）收集脱乙酰壳聚糖，放入－20 ℃冰箱过夜，用冻干机干燥[31]。 脱乙酰度测定 测定脱乙酰度的方法很多，常用的有FT－IR、NMR、紫外、元素分析等，但是 常用为双突跃电位滴定法，其步骤如下[31]： （1）配制壳聚糖溶液：用电子天平精确称量0.2 g Chitosan 于100 ml 烧杯中， 加入20 ml 0.1 M HCl 溶液，再加40 ml 三蒸水，用保鲜膜封口后磁力搅拌至充分溶解； （2）配制0.4 g/ml NaOH 标准溶液：用电子天平精确称量1.6 g NaOH 于50 ml 烧杯中，溶解后用100 ml 容量瓶定容； （3）用标准缓冲液校正酸度计； （4）边搅拌边滴定，记录数据； （5）用Excel 和Origin 处理数据，画出滴定曲线,得出取代度。 2.1.2.3 壳聚糖改性
壳聚糖改性工艺的研究 壳聚糖[是自然界中唯一大量存在的高分子碱性氨基多糖，与合成高分子材料相比，具有来源广泛、价格低廉、性质稳定、无刺激、无致敏、无致突变、良好的生物相容性和生物可降解性、低免疫原性以及生物活性等优点，已被广泛应用于工业、农业、生物工程、医药、食品、日化、污水处理、纺织印染等领域。壳聚糖不溶于普通溶剂，使其应用受到了一定限制，因此，对壳聚糖进行化学改性，提高其溶解性，并赋予其一些其他功能，扩大其应用领域成为了一个研究热点。 20116壳聚糖的结构和性质 1. 1壳聚糖的结构特性 壳聚糖具有复杂的双螺旋结构，其功能基团有氨基葡萄糖单元上的6位伯经基、3位仲羟基和2位氨基或一些N位乙酰氨基以及糖酐键，其结构式如图1所示。 1. 2.壳聚糖的一般理化性质 壳聚糖是生物界中惟一的一种碱性多糖，它是白色、无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体，因原料和制备方法不同，其相对分子质量也从数十万至数百万不等。 1. 3壳聚糖的溶解性质 壳聚糖可溶于稀的盐酸、硝酸、醋酸等无机酸和大多数有机酸但不溶于稀硫酸和稀磷酸。影响壳聚糖溶解的主要因素有脱乙酰度、壳聚糖的相对分子质量、酸的种类等。 2壳聚糖的改性研究 由于壳聚糖自身性能的局限性，科研工作者对其进行了改性研究，通过控制反应条件在壳聚糖上引人其他基团来改变其理化性质[6]。本文将介绍壳聚糖改性的研究进展及应用，并对目前的一些改性方法进行了较全面的总结。 2. 1化学改性 壳聚糖分子上有许多经基和氨基，可通过对其进行分子设计实现可控化学修饰，从而改善壳聚糖本身性能的一些不足。根据壳聚糖的化学性质，可以从酰化、酯化、烷基化等几个方面对其进行化学改性。 2.1.1酸化改性 壳聚糖可与多种有机酸的衍生物如酸酐,酰卤等反应，可引人不同相对分子质量的脂肪族或芳香族的酰基进行改性。酰化反应既可在轻基上反应(O位酰化)生成酯，也可在氨基上反应(N位酞化)生成酰胺。酰化化改性后的产物的溶解度有所改善，它具有良好的生物相容性，是一种潜在的医用生物高分子材料。如脂肪族酰化化产物可作为生物相 容性材料，N一甲酰化产物可增强人造纤维的物理性能。
纳米羟基磷灰石制备方法及应用 赖荣辉 西南民族大学化学与环境保护工程学院高分子化学与物理 摘要 羟基磷灰石（HA）具有良好的生物相容性和生物活性，被广泛的应用于骨修复和药物载体中。但是其本身容易团聚，而形成较大的晶体，使得其生物学性能下降。合成纳米级的羟基磷灰石，使得羟基磷灰石具有较大的比表面积，而具有较好的生物学性能。本文综述了近年来合成纳米羟基磷灰石的进展和几种主要的合成方法包括：水热法、超声法、溶胶-凝胶法、自燃烧法。并对纳米羟基磷灰石的一些改性方法做了简述。最后还对纳米羟基磷灰石的一些应用做了简述。 关键词：羟基磷灰石;制备方法;生物材料;纳米晶体 0 前言 羟基磷灰石，英文名Hydroxyapatite（HA）,其化学式为Ca10(PO4)6(OH)2作为一种现代的纳米生物材料，是动物和人体骨骼和牙齿的主要无机成分，具有良好的生物相容性。故常用作骨修复材料和药物载体[1] 1 纳米羟基磷灰石的合成方法 一、自燃烧法 自燃烧法是一种利用硝酸盐与羧酸反应，在低温下实现原位氧化、自发燃烧、快速合成产物前驱体粉末的方法[2]。王欣宇等[3, 4]通过自燃烧法投制备纳米羟基磷灰石粉，他们结合络合物机理和氧化还原反应机理，以柠檬酸为络合剂并通过其具有还原性与硝酸盐混合均匀后进行充分络合，在加热条件下就会发生氧化还原反应，在较低的温度下就可以燃烧。其反应方程式如下：
C6H8O7 + Ca2+ = C6H6O7Ca + 2H+（l） 5C6H6O7Ca + l8NO3- + l8H+ = 30CO2 +9N2 + 24H2O + 5CaO （2）9Ca(NO3)2+ 5C6H8O7 = 30CO2 + 9N2 +20H2O + 9CaO （3）王欣宇等最后所得的自燃烧法制备纳米羟基磷灰石的最佳条件为n（H2O）: n （Ca2+）= 30 ~ 35时，可使自燃烧反应进行，反应时间短。对于该反应体系pH的最佳范围为2 ~ 3。最佳的加热温度为80℃，自燃烧产物粉末煅烧的最佳温度为750℃。采用上述最佳工艺条件制备出的HAP 粉末，经超声分散，分散介质为水，然后用粒度分析仪测定粉末的二次平均粒径为494.6±l0.l nm。可见，虽然他们得到了纳米级的羟基磷灰石，但是其平均粒径对于现在的临床研究来说仍然太大了，并且在自燃烧法的反应过程复杂，过程的煅烧温度750℃过高，不利于控制。 二、水热法 水热法是在特定的密闭容器（高压釜）里，用水溶液作反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶，从而得到纳米结构的晶体。其优点是可以通过控制水热条件（温度、反应时间、前驱物形式等）面得到不同的粉体晶粒物相和形貌[5]，徐光亮, 聂轶霞[5]等人利用CaCO3和CaHPO4·2H2O按一定的n(Ca)/n(P)混合在高温高压下合成纳米羟基磷灰石，并且通改变反应的条件：前驱物配比、水热反应温度、以用反应时间等来研究羟基磷灰石合成的最佳反应条件。对于水热法，仍存在一些缺点，因为水热反应耍要在一个高温高压的反应条件下进行，过程不易控制。并且，反应时间耍8h以上才能达到最佳反应，反应时间过长。 另，据报道，任强，罗宏杰等[6]人通过低温燃烧／水热法联合法制备了纳米羟基磷灰石。该方法充分发挥了低温燃烧法(LCS)和水热法的优势，具有制备温度低、反应速度快、制备效率高以及粉体的纯度高、粒度小(40 nm～80 nm)且均匀等优点。该次实验主要用Ca(NO)2,(NH4)2HPO4和柠檬酸(C6H8O7H2O)，通过羟基磷灰石中的Ca:P=5:3，并根据燃烧化学基本理论来参加反应。该实验的主要环节是反应温度的确定和硝酸钙与磷酸氢二铵和柠檬酸的比例，其最佳比例为Ca(NO3)2·4H2O:(NH4)2HPO4:C6H8O7·H2O=5:3:2.2。实验的具体过程是：
现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2008, Vol.24, No.10 1079 磁性壳聚糖微球的制备及其应用 杨晋青，叶盛权，郭祀远 （华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640） 摘要：由新型的高分子材料制成的磁性壳聚糖微球具有很多优良的应用特性。本文着重综述磁性壳聚糖微球的制备方法和性能表征, 介绍其在生物医学，食品工程和废水处理方面的应用进展, 并展望其研究和开发的光明前景。 关键词：磁性壳聚糖微球；改性；医学；食品工程；废水处理 中图分类号：TQ333.99；文献标识码：A ；文章篇号:1673-9078(2008)10-1079-04 Review of Preparation and Application of Magnetic Chitosan Microspheres YANG Jin-qing, YE Sheng-quan, GUO Si-yuan （College of Light Industry & Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640） Abstract: Magnetic chitosan microspheres made from novel polymer materials showed outstanding applied characteristics. In this paper, the preparation and characterization of magnetic chitosan microspheres were reviewed. The applications of magnetic chitosan microspheres in biomedical, food engineering and wastewater treatment were also introduced and their bright futures were prospected for further research and development. Key words: magnetic chitosan microspheres; modification; medicine; food engineering; wastewater treatment 新型的高分子微球材料因其具有很多优良特性为而被广为应用。如粒径小、表面积大、吸附性强，可通过共聚、表面改性赋予其多种功能性基团(如-OH 、-COOH 、-CHO 、-NH2、-SH 等)，进而可结合各种物质，使高分子微球具有多种功能。对于磁性高分子微球，由于其具有磁响应性，在外加磁场的作用下可以很方便地分离、回收。因此，在许多领域有广阔的开发前景[1,2]。 壳聚糖(CTS)是自然界存在的唯一碱性多糖，可由蟹、虾壳中的甲壳素经脱乙酰化反应而制得。其资源丰富，安全无毒，具有独特的分子结构和易于化学修饰、生物可相容性和可再生性等功能。它的胺基极易形成四级胺正离子，有弱碱性阴离子交换作用。壳聚糖在酸性溶液中会溶解，稳定性差[3,4]。将壳聚糖进行交联制成磁性壳聚糖（MCS ）微球[5,6]，不但可提高其稳定性及机械强度，而且使其易与介质分离，利于广泛应用于医学、食品、化工等领域[7]。本文通过对磁性壳聚糖微球的制备方法和性能表征方法及其在生物医药，食品工程和废水处理方面应用的综述，介绍磁性 收稿日期：2008-04-27 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20050561014) 作者简介：杨晋青(1983-),硕士研究生,研究方向:糖类分离提纯新方法新技术 通讯作者：郭祀远，教授 壳聚糖微球有关领域的研究进展情况，并展望其发展 的前景。 1 磁性壳聚糖微球的制备及表征 1.1 乳化交联法 常用的磁性壳聚糖微球制备方法有乳化交联法[8]。将磁性Fe 3O 4粒子加到一定浓度的壳聚糖溶液中，经均质分散，再在适当的温度，pH 和搅拌条件下逐滴加入含有乳化剂的水相中，产生乳液，在常压下自由挥发或用真空抽提使溶剂挥发，通过洗涤、过滤和干燥等过程即可制得磁性壳聚糖微球[9,10]。 1.2 包埋法 1.2.1 磁性高分子微球的制备 运用机械搅拌、超声分散等方法将磁性粒子分散于高分子溶液中，通过雾化、絮凝、沉积、蒸发等过程得到内部包有磁性粒子的高分子微球，常用的包埋材料有壳聚糖、纤维素、尼龙、磷脂、聚酰胺、聚丙烯酰胺等。徐慧显利用葡聚糖制备了具有较好的单分散性磁性葡聚糖微球[11]，董聿生采用反相悬浮包埋技术合成了多分散性的磁性葡聚糖微球[12]。 1.2.2 改性磁性壳聚糖微球的制备 以(NH 4)2Fe(SO 4)2·6H 2O 、NH 4Fe(SO 4)2·12H 2O 和壳聚糖为原料，经羟丙基化、胺基化，采用一步包埋法制备了一种新型的多胺基化磁性壳聚糖微球[13]。此方 DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2008.10.005
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/bf2357610.html, 壳聚糖的制备方法及研究进展 作者：张立英 来源：《山东工业技术》2018年第02期 摘要：壳聚糖作为一种碱性多糖被广泛应用于食品、生物、化工、医疗等领域。本文重点介绍了壳聚糖的制备方法及其研究进展，并对其发展趋势进行了展望。 关键词：壳聚糖；碱性多糖；制备方法 DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/bf2357610.html,ki.37-1222/t.2018.02.016 壳聚糖本身的分子结构类似于纤维素，因其多了一个带正电荷的胺基，使其化学性质较为活泼。目前壳聚糖正因其优良的生理活性在食品、化妆品、医药、化工、污水处理等方面展现出广阔的应用前景，近十年来国内外对于壳聚糖的开发研究热度一直持续不减，各种新颖的制备方法也是层出不穷。 1壳聚糖的来源 壳聚糖通常是由甲壳素（又名几丁质）经脱乙酰基作用获得，甲壳素在自然界中广泛存在于高等真菌以及节肢动物（虾、蟹、昆虫等）的外壳中，其中虾壳、蟹壳是工业生产壳聚糖的主要原料。由于大分子间的氢键作用，天然存在的甲壳素构造坚固，化学性质稳定，不溶于水、酸碱和一般的有机溶剂，这也使得甲壳素的应用范围非常有限，因此甲壳素只有经脱乙酰基处理成壳聚糖才能获得广泛应用。 2壳聚糖的制备方法 （1）化学降解法。传统的壳聚糖生产多采用化学降解法。作为壳聚糖工业生产最常用的制备方法，化学降解法简便易行，效率高，整个生产过程容易控制，但该法环境污染较为严重，对周边环境具有一定的破坏性。欧阳涟等从蟹壳中获取甲壳素，并通过脱乙酰反应制备出了壳聚糖。试验探究了影响产物壳聚糖脱乙酰反应的各种因素，如反应温度、碱液含量及反应时间等，最终确定制备高脱乙酰度壳聚糖的条件为反应温度70℃，碱液质量分数47%，反应时间10 h。 （2）微生物培养法。微生物发酵法生产壳聚糖起源于美国，我国从上世纪90年代开始研究。其主要原理是利用微生物自身生产的酶进行催化，从而脱去甲壳素中的乙酰基，进而制备壳聚糖。目前该领域研究重点主要集中在优良菌株的选育和培养基的优化上。 贺淹才等首先采用电解法从培养的黑曲霉湿菌体中制得甲壳素，然后采用碱提取法从培养的黑曲霉湿菌体中制备壳聚糖。试验基于黑曲霉细胞壁的主要成分为蛋白质与甲壳素，而蛋白质带有可电离的基团，于溶液中可形成带电荷的阳离子和阴离子，在外加电场作用下发生迁
第20卷第1期重庆电子工程职业学院学报Vol．20No．12011年1月Journal of Chongqing College of Electronic Engineering Jan.2011 石墨烯不仅价格低廉，而且具有片层结构和良好的热稳定性和导电性。用石墨烯来改善聚合物的性能具有较大的潜力[1-3]。Ruoff 等用化学方法先后合成出石墨烯/聚合物导电纳米复合材料[4]和无支撑的氧化石墨烯纸[5],掀起了氧化石墨烯应用研究的热潮。与石墨烯相比，氧化石墨烯（GO ）不仅含有羟基、环氧基、羰基、羧基等多种官能团，同时还能被小分子或者聚合物插层，或剥离[6,7]，能有效改善复合物材料的性能。Wu 等[8]将氧化石墨烯片层加入聚合物提高了导电性能，Kai [9]等通过填充氧化石墨烯改善聚合物的热稳定性和力学性能。 本研究通过氧化天然石墨粉制备GO [10]，以流延法成功制得壳聚糖（CS ）基复合材料（CS/GO-n ）。通过X-衍射、力学性能测试和吸湿性能测试，探讨GO 的含量对CS 基复合材料的结构和性能的影响。 1实验部分1.1 原料与仪器 石墨粉购于上海华谊集团华原化工有限公司。过硫 酸钾（K2S2O8）、五氧化二磷（P2O5）和双氧水（H2O2）由成都科龙化学试剂厂提供；硫酸，盐酸购于重庆川东化学试剂厂；壳聚糖（平均分子量大于30万，脱乙酰度大于 90%），购自中国南通新程生物工业有限公司；36%乙酸 （分析纯），购自重庆茂业化工公司；蒸馏水。 集热式恒温加热磁力搅拌器（DF-101S ，郑州）；高功率数控超声波清洗器（KQ-400KDV ，昆山）；旋片真空泵（2XZ-4，浙江）；多管架自动平衡离心机（TDZ5-WS ，长沙）；电热鼓风干燥箱（CS101-2A ，重庆）；真空干燥箱（DZF-6020，上海）。XD-3X 射线粉末衍射仪（北京普析通用仪器责任有限公司）；Sansi6500型微电子万能力学实验机（深圳）， 1.2氧化石墨烯（GO ）的制备 采用Hummers 法从天然的石墨粉氧化制备GO[10]。 1.3CS/GO-n 复合材料的制备 流延法制备CS/GO-n 复合材料：壳聚糖溶于2%（体积比）的醋酸溶液制得2wt%的溶液，将一定量的GO 粉末（0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5wt%，相对于壳聚糖基体）溶解在70mL 的水中，超声分散1.5h 之后，逐滴滴加到壳聚糖醋酸溶液中，60℃下恒温搅拌5h ，减压脱泡后在玻璃板上流延成膜，50℃下干燥12小时，并将其编号为 CS/GO-n （n 代表GO 相对于CS 的质量百分含量），常温 下置于相对湿度为43%的干燥器中。样品编号及其含量列于表1中。 表1 CS/GO-n 复合材料编号 2结果与讨论 2.1X-衍射分析 图1为GO 及CS/GO-n 复合材料的X 衍射衍射图谱 （XRD ）图。在GO 的谱图中，2θ=11.1○处出现了一强的衍射峰，层间距为0.8nm ，与文献报道值相一致[11]。纯壳聚糖膜（CS/GO-0）在2θ=11.4°、18.3°出现两个强衍射峰，在 2θ=8.3°、16.1°、22.9°出现三个较弱的衍射峰，同文献报道 一致[12]。CS/GO-n 复合材料的XRD 图谱与纯壳聚糖的衍射图谱相似，且在复合材料中没有出现GO 的特征衍射峰。可能是由于低的添加量，同时也充分说明GO 均匀分散在基体中，与壳聚糖基体之间形成较强的相互作用有效地限制了石墨烯的聚集。再者，GO 的添加量对复合材料XRD 图谱没有多大影响。 收稿日期：2010-12-11 作者简介：陈建光（1981—），男，山西保德人，广东省汕头市公安消防支队龙湖大队工作，主要从事防火灭火材料研究。 壳聚糖/氧化石墨烯复合材料结构和性能研究 陈建光 （广东省汕头市公安消防支队龙湖大队，广东汕头515041） 摘 要：流延法制备了壳聚糖/氧化石墨烯复合材料。X-衍射表明壳聚糖和氧化石墨烯之间形成强烈的相互作 用；力学性能测试结果表明，当氧化石墨烯含量仅为0.6wt%时，壳聚糖基复合材料的拉伸强度提高到64.4MPa ，断裂伸长率提高到38.8%，与壳聚糖基体相比，分别提高了101%和61.7%。 关键词：壳聚糖；氧化石墨烯；性能中图分类号：O433.1 文献标识码：A 文章编号：1674－5787（2011）01－0153－02 Code CS/GO-0CS/GO-1CS/GO-2CS/GO-3CS/GO-4CS/GO-5CS/GO-6CS/GO (wt%) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5
第18卷第2期2010年6月 纤维素科学与技术 Journal of Cellulose Science and Technology V ol. 18 No. 2 Jun. 2010 文章编号：1004-8405(2010)02-0033-06 纤维素/壳聚糖复合膜的制备及结构表征 马浩，郑长青，李毅群* （暨南大学化学系，广东广州 510632） 摘要：通过氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑离子液体（[HeMIM]Cl）溶解微晶纤维素， 并与壳聚糖的醋酸溶液混合的方法制备了质量比为2∶1的再生微晶纤维素/壳聚糖 复合膜。利用红外光谱、X射线衍射、热重分析、扫描电镜和数码相机照片对复合 材料的结构进行表征。IR结果表明再生微晶纤维素与壳聚糖分子之间存在着强烈的 氢键作用，且二者相容性较好；XRD、TGA结果表明复合材料中纤维素和壳聚糖有 较强的相互作用；SEM结果表明复合材料表面粗糙，比表面积较大，可以作为潜在 的生物医用材料。 关键词：纤维素；壳聚糖；复合膜 中图分类号：O636文献标识码：A 纤维素和壳聚糖是自然界中可生物降解、生物相容性较好的两种天然高分子材料。纤维素是由β-(1→4)-链接的D-葡萄糖组成，它含有大量羟基，易形成分子内和分子间氢键，具有一定的力学强度，但成膜性较差[1]。壳聚糖是由D-氨基葡萄糖通过β-1,4-糖苷键结合而成，具有抗菌性及多种生物活性、吸附功能等，但壳聚糖吸水性强，所形成的纤维或膜材料的湿态机械强度差，易溶胀，作为医用材料的应用受到限制[2-6]。纤维素/壳聚糖复合材料具有纤维素和壳聚糖共同的特点，具有生物相容性和可生物降解性。其复合膜可以弥补纤维素和壳聚糖存在的不足，在生物医药领域中应用有着重要意义[7]。由于纤维素难溶解[8]，目前主要是通过向壳聚糖的醋酸溶液中添加纤维素粒子的方法制备纤维素/壳聚糖复合材料[9-11]，但是这种固―液混合的方法无法像液―液混合一样制备混合均匀的复合材料，于是有待于建立一个制备均匀的纤维素/壳聚糖复合材料的新方法。由于离子液体为纤维素的直接溶剂，能有效地溶解纤维素[12]，因此，基于纤维素的离子液体溶液与壳聚糖的醋酸溶液能够实现液―液混合制备混合更加均匀的复合材料。本文正是通过混合微晶纤维素的离子液体溶液和壳聚糖的醋酸水溶液的方法，制备得到了质量比为2∶1的再生微晶纤维素/壳聚糖复合材料，并对这一材料的结构进行了初步表征。 收稿日期：2010-01-06 ?通讯作者 基金项目：国家自然科学基金（20672046）、广东省自然科学基金（8151063201000016）资助项目。 作者简介：马浩（1985~），男，安徽濉溪人，硕士研究生；从事功能高分子材料的研究。
水溶性壳聚糖的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（１）、原料处理：将壳体去除肉后，清水漂洗备用；（２）、稀酸处理：用壳体重２～４倍４～１０％的盐酸浸泡１～２天，再用清水漂洗；（３）、碱煮除蛋白脱脂：用２～４倍８～１２％氢氧化钠煮沸２～４小时，用清水漂洗；（４）、再脱钙处理：用２～４倍１０～１５％盐酸浸泡，以除去碳酸钙和磷酸钙，再用清水漂洗；（５）、脱色处理：用２～４倍清水调节ＰＨ值在５左右、在酸性条件下加入１％的ＫＭｎＯ↓［４］至紫红色不褪为止，以除去壳体的有机色素，再用清水漂洗；（６）、还原除去ＭｎＯ↓［２］：将脱色后的壳体浸泡于１～３％的ＮａＨＳＯ↓［３］溶液中，以除去ＭｎＯ↓［２］，再用１～４％的草酸漂白得到白净甲壳素；（７）、脱乙酰度：用２～４倍５５～７０％的浓氢氧化钠在７５～９５℃处理１０～２０小时，获得壳聚糖粗品；（８）、纯化分离：将粗品溶于８～１０倍３～６％稀醋酸，慢慢加入１０％左右的浓碱至出现粘液，冷却至５～２５℃，静置水解２～４小时，用稀盐酸中和至ＰＨ值在８～９，并产生絮状物，不断搅拌，至絮状物不再产生，过滤，洗涤除去氯化钠获得可溶性壳聚糖精品。 壳聚糖的结构、性质及其应用 张洁 海洋药学0844130 摘要：生物相容性好、可降解、对组织和细胞无毒副作用的生物材料一直是生物医学领域研究的热点。壳聚糖(α(1-4)2-氨基2-去氧β-D葡聚糖)是甲壳素脱乙酰得到的天然多糖中惟一的碱性多糖,具有很多优良的特性。本文就壳聚糖的结构、性质及其应用进行综述。 关键词：壳聚糖，结构，性质，应用 壳聚糖(Chitosan，简称CTS)，壳聚糖是由N-乙酰糖胺组成,其中糖胺的含量超过90%,具有黏多糖相似的结构特点,而黏多糖在组织中分布广泛,是细胞膜有机组成成分之一,故壳聚糖具有优异的生物相容性⑴~⑵。表现为无毒、无刺激、无免疫抗原、无热原反应、不溶血,有抗菌消炎、促进伤口愈合,抗酸、抗溃疡、降脂和降低胆固醇的作用⑶~⑸。而且具有直接抑制肿瘤细胞的作用,并可通过活化免疫系统显示抗癌活性,与现有的抗癌药合用可增强抗癌效果,近年来其作为药物微球材料的研究也受到了极大的重视⑹,是一种安全可靠的天然生物活性多糖。本文就壳聚糖的结构、性质及其应用进行综述。 一．壳聚糖的结构与性质1.壳聚糖的来源—甲壳素 壳聚糖来源于一种自然资源十分丰富的线性聚合物一甲壳素，是甲壳素经脱乙酰化反应后得到的一种生物高分子Ⅲ。甲壳素是一种天然多糖类生物高分子聚合物，在自然界中广泛存在于低等生物菌类、藻类的细胞，节支动物虾、蟹、昆虫的外壳，软体动物(如鱿鱼、乌贼)的内壳和软骨，高等植物的细胞壁等，将甲壳动物的外壳通过酸碱处理，脱去钙盐和蛋白质，即可得到甲壳素。甲壳素化学名为[(1，4)一2一乙酰胺基一2一脱氧一B—D-葡萄糖]，分子式为(C8H13N05)。，单体之间以B(1-4)糖苷键连接，分子量一般在lO6左右，理论胺含量为6．9％。甲壳素的化学结构与植物中广泛存在的纤维素结构非常相似(见图l)，故又称为动物纤维素。
纳米羟基磷灰石的制备及其在医学领域的应用 漳州师范学院 化学与环境科学系 08科学教育
摘要： 生物陶瓷纳米羟基磷灰石在自然界中以自然骨、牙中的无机矿物成分为主要形式。人工合成的纳米羟基磷灰石材料具有与自然矿物相似的结构、形态、成分，表现出良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医学领域。本文综合论述了纳米羟基磷灰石在物理化学方面的应用并对其在医学领域的应用进行了详细的论述和展望。 关键词：纳米羟基磷灰石、医学领域、合成方法及应用 Abstract： Biological nanometer hydroxyapatite ceramics in nature to natural bone and tooth the inorganic mineral composition as the main form. Synthetic nano hydroxyapatite orbital implant material has and natural mineral similar structure、shape、composition、show good biocompatibility and biological activity，widely used in medical field. The paper discusses the nano hydroxyapatite in physical chemistry and its application in medical field of applied discussed in detail and prospected. Keywords: nano hydroxyapatite，medical field，synthesis method and application
壳聚糖及其衍生物的制备 甲壳素（chitin）在自然不仅含量十分丰富，而且可生物降解，是环境友好产品，利用沿海地区丰富的虾蟹壳为原料，可生产出甲壳素，变废为宝，净化环境。甲壳素经浓碱处理去掉乙酰其后得壳聚糖（chitosan），分子结构如下： O O CH2OH OH NH2n O 壳聚糖经化学改性可得系列的衍生物，如：羧甲基壳聚糖、低聚壳聚糖等。这些系列产品在许多方面有着极其广泛的用途。如在医学方面可作为抗癌制剂、手术缝线、人造皮肤、药物载体等；在轻工业上可作为化妆品填料、增白剂、固发剂或增强纸张的光洁度；在环保方面可作为絮凝剂、吸附剂，用于污水处理，还可用作饮料的澄清剂、无毒包装材料等；在农业方面是一种新型植物生长调节剂，促进植物生长、增加产量、提高品质、诱导植物的广谱抗病性，还可用于生产生物农药，用于果蔬保鲜。因此壳聚糖及其衍生物系列产品有很好的潜在需求和市场前景。 一、实验目的 1.了解壳聚糖及其衍生物的应用概况； 2.学习壳聚糖及其衍生物的制备原理和方法； 3.强化学生环保意识，变废为宝； 4.制备2～5g的产品。 二、实验内容 1．利用强碱制备壳聚糖； 2．测定壳聚糖的脱乙酰度。 三、实验原理
甲壳素是酰胺类多糖，壳聚糖的制备过程，就是酰胺的水解过程。酰胺有如下几种结构： 酰胺可在强酸或强碱条件下水解，对于低分子的酰胺，水解可以进行得比较 完全，但对于多糖来说，强酸更容易水解糖苷键，所以甲壳素的脱乙酰基，一般 情况下不采用强酸水解；相对说来，强碱造成糖苷键的断裂不像强酸那么严重， 所以都用强碱来脱乙酰基。 酸碱滴定法的原理是壳聚糖的自由氨基呈碱性，可与酸定量地发生质子化反应，形成壳聚糖地胶体溶液： 溶液中游离的H+用碱反滴定，这样，从用于溶解壳聚糖的酸量与滴定用去的碱量 之差，即可推算出壳聚糖自由氨基结合酸的量，从而计算出壳聚糖中自由氨基的 含量。 四、实验材料与设备 1．实验设备与仪器 水浴锅，电炉，烧杯，三角瓶，碱式滴定管，电子天平。 2．实验材料与试剂 甲壳素，NaOH，HCl，甲基橙指示剂，乙醇、丙酮。 五、实验步骤 1．壳聚糖的制备 （1）取三个烧杯，编号1﹟、2﹟、3﹟，于每个烧杯中加入甲壳素5g，于1﹟ 烧杯中加入40％NaOH 100mL,2﹟烧杯中加入50％NaOH 100mL, 3﹟烧杯中加入 60％NaOH 100mL,100℃煮沸2h,脱乙酰基。 （2）反应完毕取出，用蒸馏水洗至中性，再用乙醇、丙酮洗涤后，干燥，即得 白色壳聚糖。 2．脱乙酰度的测定 准确称取上述方法制备的三种壳聚糖各0.5g，分别置于250mL三角瓶中，加入
中国组织工程研究与临床康复 第 12 卷 第 19 期 2008–05–06 出版
Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research May 6, 2008 Vol.12, No.19
学术探讨
纳米羟基磷灰石及其复合生物材料的特征及应用★
李瑞琦，张国平，任立中, 沙子义，高宏阳，董 威, 赵 峰，王 伟
Characteristics and application of nano-hydroxyapatite and its composite biomaterials
Li Rui-qi, Zhang Guo-ping, Ren Li-zhong, Sha Zi-yi, Gao Hong-yang, Dong Wei, Zhao Feng, Wang Wei Abstract: Pubmed database and China Journal Full-text Database were both retrieved to screen out the articles, which
summarize and review the advanced progress of nano-hydroxyapatite (nHA) and its composite biomaterials. The nHA biomaterials are compounded with secondary phase or multiphase materials, contributing towards favourable histological reaction, together with satisfactory intensity and rigidity. Furthermore, the biomaterials may produce the scaffold of tissue regeneration. The nHA composite biomaterials are divided into nHA/natural polymer composites and nHA/artificial polymer composites. The former consists of nHA compounded with collagen, bone morphogenetic protein and polysaccharide materials, while the latter comprises the composites of nHA/polyamide, polyester or polyvinyl alcohol. Although the biocompatibility and bioactivity of nHA composites have been ensured, it is still a problem of tissue engineering materials that how to match the degradation velocity of composite biomaterials with bone growth speed. Li RQ, Zhang GP, Ren LZ, Sha ZY, Gao HY, Dong W, Zhao F, Wang W.Characteristics and application of nano-hydroxyapatite and its composite biomaterials.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(19):3747-3750 [https://www.doczj.com/doc/bf2357610.html,/zglckf/ejournal/upfiles/08-19/19k-3747(ps).pdf]
Department of Orthopaedics, First Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050031, Hebei Province, China Li Rui-qi ★ , Studying for master's degree, Associate chief physician, Department of Orthopaedics, First Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050031, Hebei Province, China li_ruiqi2008@126. com Received:2008-04-24 Accepted:2008-05-04
摘要：检索 Pubmed 数据库和中国期刊全文数据库文献，对应用较为广泛的纳米羟基磷灰石及其复合生物材料研究进展
加以总结。纳米羟基磷灰石复合生物材料是在纳米羟基磷灰石中加入第二相或多相材料，以获得有利的组织学反应、满 意的强度和刚性，并为组织再生合成支架材料。纳米羟基磷灰石复合生物材料大致分为纳米羟基磷灰石 /天然高分子复合 材料和纳米羟基磷灰石 /人工高分子复合材料 2 类。前者包括纳米羟基磷灰石与胶原、骨形态发生蛋白、多糖类材料复合 而成的生物材料，并各具特点。后者是由纳米羟基磷灰石与聚酰胺、聚酯、聚乙烯醇等多种人工高分子生物材料复合而 成。在保证复合材料良好生物相容性和活性的前提下，如何使复合生物材料的降解速率与骨生长速度相匹配是组织工程 材料研究中有待解决的一个主要问题。 关键词：生物材料；羟基磷灰石类；纳米技术；复合体；综述文献 李瑞琦，张国平，任立中 , 沙子义，高宏阳，董威 , 赵峰，王伟.纳米羟基磷灰石及其复合生物材料的特征及应用[J].中国组 织工程研究与临床康复，2008，12(19):3747-3750 [https://www.doczj.com/doc/bf2357610.html,/zglckf/ejournal/upfiles/08-19/19k-3747(ps).pdf]
加，提高了粒子的活性，从而有利于组织的结 0 引言 羟基磷灰石因其化学成分和晶体结构与 人体骨骼组织的主要无机矿物成分基本相同， 引入人体后不会产生排异反应，故其作为骨修 复替代材料在国内外的临床应用历史已有几 十年。并已被动物实验及临床研究证实具有无 毒、无刺激性、良好的生物活性、良好的生物 相容性和骨传导性、较高的机械强度及化学性 质稳定等特点，是较好的生物材料[1]。但因羟 基磷灰石的颗粒和脆性较大、缺乏可塑性、体 内降解缓慢、生物力学强度和抗疲劳破坏强度 较低，难于被机体完全替代、利用，使其临床 应用受到限制。近年来，随着纳米知识与技术 的不断发展，人们发现人体骨骼中的羟基磷灰 石主要是纳米级针状单晶体结构 。纳米级的 羟基磷灰石与人体内组织成分更为相似，具有 更好的生物学性能。根据“纳米效应”理论， 单位质量的纳米粒子表面积明显大于微米级 粒子，使得处于粒子表面的原子数目明显增
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH
[2]
合[3]。基于此，纳米羟基磷灰石及其复合生物材 料成为当今研究的重心和热点。 1 问题的提出：
问题1：什么是纳米羟基磷灰石复合生物材料？ 问题2：纳米羟基磷灰石复合生物材料的分类？ 问题3：纳米羟基磷灰石选择天然高分子材料进行复 合的原因，复合生物材料的特点及用途如何？ 问题4：纳米羟基磷灰石选择人工高分子材料进行复 合的原因，复合生物材料的特点及用途如何？
河 北医 科大学 第 一医院骨科 河 北省石家庄市 050031 李 瑞琦 ★，男 ， 1966 年生，山西 省岚县人，汉族， 1990 年山西医科 大学毕业， 在读硕 士，副主任医师， 主 要从 事骨与 软 骨 缺损 的修复 研 究。 li_ruiqi2008@ https://www.doczj.com/doc/bf2357610.html,
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1673-8225 (2008)19-03747-04 收稿日期：2008-04-24 修回日期：2008-05-04 (54200804240026/J·Y)
2
问题的解决
问题1：纳米羟基磷灰石复合生物材料的定义
纳米羟基磷灰石复合生物材料主要是指在 纳米羟基磷灰石中加入第二相或多相材料， 从而 获得有利的组织学反应、满意的强度和刚性，并 为组织再生合成支架材料[4]。羟基磷灰石以纳米 级纤维填充于有机基质， 有机基质为骨修复材料
3747
甲壳素/壳聚糖的制备与应用 郭建民1,徐晓军2,李林1 (1.宁波市环境保护科学研究设计院,浙江宁波315010; 2.青岛建筑工程学院,山东青岛266000) [摘要]甲壳素/壳聚糖是一种资源丰富、用途广泛的天然高分子。简介了其物理化学性质及 常见的制备方法;详细介绍了功能化甲壳素/壳聚糖近期的研究状况;综述了甲壳素/壳聚糖的应用;展望了我国甲壳素/壳聚糖资源的开发利用趋势。[关键词]甲壳素;壳聚糖;制备;功能化;应用 [中图分类号]TQ282 [文献标识码]A [文章编号]1006-1878(2004)07-0126-03 甲壳素(chitin )学名为无水-N -乙酰基-D -氨基葡聚糖,是一种重要的天然高分子,其结构与纤维素相似,通常分子量为几百万,是多糖化合物中最重要的一种聚氨基葡萄糖。甲壳素因主要来源于节肢动物如虾、蟹等的甲壳而得名。它也广泛存在于低等植物如真菌、藻类的细胞壁中。据统计,自然界中每年甲壳素的生物合成量在1000kt 以上,可见其自然界储量之丰富。 壳聚糖(chitosan )是甲壳素脱乙酰化而得到的一种生物高分子。由于壳聚糖分子中有大量游离氨的存在,其溶解性大大优于甲壳素,兼具有甲壳素的天然、无毒、生物相容性好与易于降解等优点,所以壳聚糖有十分良好的经济应用价值。人们对壳聚糖的研究十分活跃,其应用领域也不断拓宽。 我国有着丰富的甲壳素资源。充分利用现有资源,结合区域优势,加强对甲壳素的开发研究及产业化是我国甲壳素化学工业发展的必然趋势。 1 甲壳素的提取 目前,甲壳素主要还是从工业废弃的虾、蟹壳中 提取。把甲壳中的甲壳素,蛋白质和无机物质分离开,最后再进行脱色,获得纯净的甲壳素,其工艺流程为:虾蟹壳—水洗—酸浸(6%HCl )—碱煮(10% NaOH )—脱色(KMnO 4)—干燥—甲壳素成品。可见甲壳素的制备过程主要由简单的酸碱处理 工艺组成,技术难度不大。但是以这种传统的工艺制得的甲壳素存在着一些不足,如溶解度不高,溶液过滤性差等。近年来又提出了一些新的方法,使传统工艺得到了改进。如采用浓度递减,循环酸浸以及脱蛋白质交叉工艺制取的甲壳素可以获得较高的粘度。但是在甲壳素的制取过程中,对于动物壳中 的蛋白质和有机肥料的综合利用程度低及工艺过程中排放的废水量大等缺点,仍然是甲壳素制备工艺中需要改进的问题。此外,从蚕蛹壳、蝉和蝇蛹中提取甲壳素都有过系统的报道。 由于壳聚糖还是真菌细胞壁的常见组成部分,因此以微生物发酵来制取壳聚糖也有着巨大的环保意义。陈忻等采用生物发酵放射毛霉为原料制备了壳聚糖。研究表明,在反应温度为28℃,摇床转速为250r/min ,p H 为7.4～7.6,培养时间为45h 的条件下,壳聚糖对菌丝体产率为15.68%,脱乙酰度85%～90%。谭天伟等提出了以发酵工业废菌丝体为原料生产壳聚糖的新工艺。该工艺成本低廉,经济效益可观。 2 甲壳素的功能化改性 活性侧基的存在,赋予甲壳素较之其他多糖更强的功能性,而通过化学修饰在高聚物骨架上引入其他基团,从而改变高分子的物理化学性质,赋予其新的功能,即高分子的功能化。它已经成为甲壳素应用研究的一个热点。甲壳素/壳聚糖的功能化主要是利用分子结构中的羟基/氨基等活性基团,通过对其进行酰化、酯化、交联、醚化等反应来完成。功能化后的甲壳素/壳聚糖的物化性质得到了改善而具有优异的功能。2.1 交联反应 为了使壳聚糖得到很好的应用,需要把它制成[收稿日期]2003-12-18;[修订日期]2004-02-12 [作者简介]郭建民(1977— )男,河北省宣化市人,宁波市环境保护科学研究设计院工程师,硕士,主要从事环保药剂的开发与三废处理技术研究。 ? 621?2004年第24卷 化 工 环 保 ENV IRONMEN TAL PRO TECTION OF CHEMICAL INDUSTR Y