壳聚糖分子结构图
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文献综述钟士亮 041511130壳聚糖(chitosan)是甲壳素N-脱乙酰基的产物,是由β-(1,4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖单元和β-(1,4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-D-葡萄糖单元组成的共聚体[1]。
而甲壳素是地球上最丰富的高分子化合物之一,每年的天然产量达上百亿吨,仅次于纤维素。
甲壳素与Ca2+是虾、蟹、昆虫的外壳、藻类、菌类细胞壁的主要构成成分[2]。
壳聚糖是迄今发现的唯一具有明显碱性、带正电荷的天然多糖类有机高分子。
壳聚糖分子结构中含有氨基、羟基、氧桥以及富含电子的吡喃环活性基团,通常在生物体内表现出极强的亲和性,同时具有抗菌活性等,但是,壳聚糖结构上大量的羟基和氨基,使得壳聚糖分子间与分子内有强烈的氢键作用,所以壳聚糖不溶于一般溶剂和水,但可以溶解于稀酸,如醋酸,盐酸等,这使得壳聚糖的推广应用受到很大程度上的限制,因此改善壳聚糖的溶解性能特别是改善其水溶性,是壳聚糖改性研究中最重要的方向之一[3-4]。
壳聚糖在生物学和医学上都具有潜在的应用价值。
据报道壳聚糖单体,有许多独特的生理活性,促进脾脏抗体生长,抑制肿瘤细胞[5];强化肝脏功能,降低血压,吸附胆固醇;在微酸环境中具有较强的抗菌作用和显著的吸湿保湿力;活化植物细胞,促进植物快速生长[6]。
壳聚糖能促进血液凝固,可用作止血剂。
它还可用于伤口填料物质,良好的生物相容性和生物可降解性,还具有消炎、减少创面渗出和促进创伤组织再生、修复和愈合的作用。
壳聚糖结构如下图1.1:图 1.1 壳聚糖的结构式它分子链上的胺基和羟基都是很好的配位基团。
1 壳聚糖的性质1.1壳聚糖物理化学性质1811年法国科学家Braconno提取得到的甲壳素,甲壳素通过脱乙酰化得到壳聚糖,从此人们对它的研究越来越多。
壳聚糖呈白色或灰白色,略有金属光泽,为透明且无定形固体。
在185 ℃下开始分解,不溶于水和稀碱,可溶于大多数有机酸和部分无机酸中,壳聚糖分子中同时存在大量的氨基和羟基,因此可以进行相应的修饰、接枝、以及活化等[7]壳聚糖以其氢键相互交联成网状结构,利用适当的溶剂,可制成透明的的薄膜,壳聚糖的溶液具有粘性是一种理想的成膜物。
- QCS壳聚糖分子式的基本概念QCS壳聚糖是一种天然聚糖类物质,其分子式为(C6H11O4N) n,其中n代表壳聚糖分子重复单元的次数。
壳聚糖是由N-乙酰葡萄氨聚合而成,是一种无色、无味、透明的固体物质。
- QCS壳聚糖的分子式解析QCS壳聚糖的分子式可以分解为C6H11O4N,其中C代表碳元素,H代表氢元素,O代表氧元素,N代表氮元素。
这些元素按照一定的比例结合在一起,形成了壳聚糖的分子结构。
壳聚糖的分子式中包含了碳、氢、氧、氮四种元素,它们按照一定的比例和方式组合在一起,形成了壳聚糖的分子结构。
- QCS壳聚糖分子式的应用壳聚糖的分子式(C6H11O4N) n直接反映了壳聚糖分子的组成和结构,这对于壳聚糖的应用具有重要的指导意义。
例如,在医药领域,壳聚糖可以用于制备药物缓释剂,其分子式反映了其分子结构和特性,对于控制药物释放速率具有重要意义。
另外,在食品工业中,壳聚糖可以作为食品添加剂,通过控制其分子结构来改变其功能特性,如增稠、凝胶化等,从而实现不同的应用目的。
- QCS壳聚糖分子式的结构特点QCS壳聚糖分子式(C6H11O4N) n的结构特点主要体现在其分子中碳、氢、氧、氮四种元素的排列组合方式上。
壳聚糖的分子结构中,碳元素通过共价键与氢、氧、氮元素相连,形成了稳定的分子结构;同时,氮元素的存在使得壳聚糖具有较强的亲水性和阳离子吸附能力,这些结构特点决定了壳聚糖在医药、食品等领域的广泛应用。
- QCS壳聚糖分子式的相关实验研究针对QCS壳聚糖分子式(C6H11O4N) n的结构特点,科研人员进行了大量的实验研究工作。
通过核磁共振、质谱、红外光谱等技术手段,科研人员揭示了壳聚糖分子结构的细节特征,为壳聚糖的应用提供了重要的理论和实验基础。
例如,利用核磁共振技术可以准确测定壳聚糖分子中各个原子的位置和相互关系,从而揭示了壳聚糖分子的空间结构。
通过对QCS壳聚糖分子式的基本概念、分子式解析、应用、结构特点和相关实验研究的阐述,我们可以更深入地理解和认识壳聚糖分子的组成和结构特征,为其在医药、食品等领域的应用提供了理论和实验基础。
壳聚糖的相对分子质量1. 壳聚糖的基本介绍说到壳聚糖,大家可能会想,“这是什么玩意儿?”其实,壳聚糖就是从甲壳类动物的外壳中提取出来的一种天然多糖。
它的身世可不简单,早在上世纪,科学家就发现它在生物医学、食品保鲜、环境保护等领域的潜力。
想象一下,它就像一个万金油,无处不在却又不显山露水!壳聚糖不但环保,而且对人体有益,是个名副其实的健康小助手。
2. 相对分子质量的概念那么,什么是相对分子质量呢?简单来说,就是一个分子有多重。
就像一斤米和两斤米,听起来差不多,但重得可不一样!在科学中,我们用相对分子质量来量化这些分子的“体重”。
而壳聚糖的相对分子质量可大可小,通常在几千到几万之间,具体得看它的提取方式和来源。
有点像人,有的人天生骨骼大,有的人骨架小,都是各有各的特色。
2.1 壳聚糖的分子结构壳聚糖的分子结构也很有趣,想象一下它就像一串珍珠,珠子之间用一个个小链子串起来。
每颗“珍珠”就是一个葡萄糖单位,这些单位通过氢键紧紧连在一起,形成一个坚固的结构。
正因为这样,它的相对分子质量就显得变化多端,根本不拘一格。
2.2 相对分子质量的测定方法那么,科学家是怎么测定这个相对分子质量的呢?哎呀,这可是门大学问!一般来说,他们会用一种叫做“凝胶渗透色谱”的技术,就像给壳聚糖做一次“体检”,看它的“体重”到底有多重。
这个过程听起来挺复杂的,但简单来说,就是把壳聚糖溶解在液体中,通过一种特制的管子,观察它们是如何流动的,最后得出它的相对分子质量。
3. 壳聚糖的应用壳聚糖不仅仅是个好东西,它的应用也是五花八门,简直是个“万金油”。
首先,在医药领域,它被用来制造生物相容性材料,能够帮助伤口愈合,简直是受伤者的福音!就像一个温暖的怀抱,让你在受伤的时候倍感安慰。
3.1 食品保鲜的妙用其次,在食品行业,壳聚糖也有大用处。
它能延长食品的保鲜期,让你在超市里买的蔬菜水果不至于那么快就变得萎靡不振。
想象一下,买回家的菜能够保持新鲜,简直是生活的小确幸呀!在这方面,它就像一个优秀的守护者,默默地保护着你的小厨房。
壳聚糖(Chitosan),又称乙酰甲壳素、脱乙酰甲壳素,是由经脱乙酰化反应的甲壳素制备而成。
壳聚糖的化学名称是βB-(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖,化学结构式如下图
壳聚糖的结构式(n为聚合度)
由于壳聚糖分子含有游离的氨基,随着壳聚糖分子中的氨基数量的增多,它的氨基特性会越来越明显。
在含有H+的溶液中很容易生成盐,表现出阳离子性质。
而壳聚糖的聚合度较高、分子量较大,从而导致了壳聚糖的水溶性较差,一般情况下,壳聚糖只能溶于酸性溶液中,从而限制了壳聚糖的应用。
而近几年来经研究发现经脱乙酰和酶解后得到了具有较低聚合度、较小分子量、较好水溶性的甲壳低聚糖,极易被组织器官消化吸收。
壳聚糖分子量的分布对其性能的影响比较大,因此,在很多情况下都需要考虑不同分子量的壳聚糖的理化性质以及不同分子量的壳聚糖的降解情况。
甲壳素/壳聚糖的概况1.1 甲壳素/壳聚糖概况甲壳素是人类继发现淀粉、纤维素之后在地球上发现的第三大生物资源。
随着科技的发展和人们环保意识的增强,生物资源的利用越来越受到人们的重视。
在自然界中每年甲壳素生成量为100 亿吨。
其中每年海洋生物的生成量在10亿吨以上;虾蟹壳中的甲壳质占20%左右,昆虫外壳、蘑菇、贝类、藻类、软骨动物及真菌细胞壁中也广泛存在甲壳质。
从事生物化学研究的学者认为,21世纪糖类化学的研究主要内容是甲壳素,对甲壳素及其衍生物的研究和应用开发应引起足够的重视。
甲壳素来源于生物体结构物质,与人体细胞有很强的亲和性,可被体内的酶分解而吸收,对人体无毒性和副作用。
加上良好的吸湿性、纺丝性和成膜性,因而广泛地被开发应用,成为优良的生物医学、药学材料。
甲壳素(Chitin)也叫甲壳质、几丁质、壳多糖、壳蛋白、甲壳胺等,于1811年被法国科学家布拉克诺(H.Braconnot) 首先从蘑菇中提取到一种类似于植物纤维的六碳糖聚合体,把它命名为Fungine(蕈素)意为真菌纤维素。
1823年法国科学家欧吉尔(A.Odier)从甲壳昆虫的翅鞘中分离提取了这种物质,并命名为chitoin(几丁质),chitoin希腊语原意为“外壳”、“信封”的意思。
1859年C.Rouget将甲壳素用浓碱处理,得到了脱乙酸化的甲壳素,即变性甲壳素。
1894年F.Hoppe-Seiler将变性的甲壳素命名为壳聚糖(Chitosan)。
一百多年来,由于对甲壳素的化学结构和组成难以确定,限制了它的应用。
1977年4月—在美国波士顿召开了第一届甲壳质国际学术研讨会,人类开发利用壳糖糖的伟大行动正式拉开序幕。
壳聚糖学名聚氨基葡萄糖,又名可溶性甲壳质,即可溶性甲壳素,或甲壳胺,商品名Flonac,由蟹、虾等水产加工废弃物提取精制甲壳素后经过脱乙酰基而制取。
壳聚糖,在自然界中的含量十分丰富,其贮量仅次于纤维素的第二大天然聚合物,在许多方面有着广泛的用途。
壳聚糖壳聚糖(chitosan)又称脱乙酰几丁质、聚氨基葡萄糖、可溶性甲壳素,是由甲壳素经脱乙酰化反应转化变成的分子量为12~59万的生物大分子。
壳聚糖可抑制细菌、霉菌生长,因此常加于腌制食品中或用于海产(虾)、水果(荔枝、猕猴桃)的保鲜。
由于极性基团的存在,壳聚糖对水有很高的亲和力和持水性,这对半干半潮食品的保湿有重要作用。
在保湿类化妆品中壳聚糖也已展露头脚,日本已有这类化妆品上市。
壳聚糖能溶解于弱酸中,是很方便的成膜材料,而且这种膜是可食用膜,同时又可在水和热水中保持原状,因此特别适合于固体、液体食品的包装。
香肠肠衣类的膜也是壳聚糖与其他物质复合制成的。
你身边有戴隐形眼镜的人吗?相信人数不会少。
用壳聚糖作原材料,让其溶液在聚乙烯膜上蒸发,进而在一个钢膜中加压即可形成软性接触眼睛,即隐形眼镜。
壳聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性,降解产物一般对人体无毒副作用,在体内不积蓄,无免疫原性,因而在生物医学领域有着极广阔的前景。
已开发和潜在的应用实例包括人工皮肤(创伤敷料)、手术缝合线与骨修复材料、抗凝血剂和人工透析膜、药物制剂和药物释放剂等。
除此之外,壳聚糖曾在1991年被欧美学术界誉为继蛋白质、脂肪、糖类、维生素和无机盐之后的第六生命要素。
据文献报道,壳聚糖对疾病的预防和保健作用有:强化免疫功能;降低胆固醇;降血压,降血糖,强化肝脏机能;使血管扩张,从而改善腰酸背痛症状;治疗烧伤,烫伤,加速外伤愈合;防止胃溃疡,吸附体内有害物质并排出体外等。
此外,壳聚糖还能够用作凝胶化试剂,生物传感器,合成人工器官(人工皮肤、粘膜、腱、牙、骨)及骨固定棒材,还可作减肥药使用。
壳聚糖的应用涉及许多领域,其中化妆品、保健品、食品工业等行业对壳聚糖的需求增长最快;在医药、化工、造纸、农业、环保、轻纺等领域正在得到广泛的应用。
壳聚糖以其资源丰富、价格便宜、安全无毒等众多优点,使得各国对壳聚糖的应用研究不断深化,预计未来若干年,国内外在对壳聚糖的开发和利用上会取得更多成果。
第24卷 第2期V ol 124 N o 12材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第100期Apr.2006文章编号:167322812(2006)022*******壳聚糖的改性及作为生物材料的应用研究李东旭,耿燕丽(南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京 210009) 【摘 要】 本文介绍了近年来国内外对壳聚糖改性的多种方法,以及接枝共聚;并简单介绍了壳聚糖作为生物材料的应用研究概况。
【关键词】 壳聚糖;改性;接枝共聚;生物材料中图分类号:T Q314.1 文献标识码:AModification of Chitosan and its Application Study for Biom aterialsLI Dong 2xu ,GENG Yan 2li(Materials Science and E ngineering college of N anjing U niversity of T echnology ,N anjing 210009,China)【Abstract 】 In this article ,several methods about m odification of chitosan both here and abroad were introduced as well as graftcopolymerization.Otherwise ,application study of chitosan for biomaterial was als o introduced briefly.【K ey w ords 】 chitosan ;m odification ;graft copolymerization ;biomaterial收稿日期:2005204218;修订日期:2005206221基金项目:江苏省研究生创新基金资助项目:国家“973”资助项目(2001C B610703)作者简介:李东旭,男,教授,E 2mail :d ongxuli @.1 概 述壳聚糖(chitosan )为甲壳素N 2脱乙酰基所得的产物,在天然高分子中的含量仅次于纤维素。
纯净壳聚糖为白色或灰白色 半透明的片状固体。
主要特性有 (1)不溶于水和碱性溶液
可溶于低浓度无机酸或某些有机酸溶液。
在稀酸中壳聚糖的β-1-4糖苷键会慢慢水解 生成低分子壳聚糖 溶液呈黏稠状。
(2)壳聚糖在溶液中是带正电荷多聚电解质 具有很强的吸附性。
(3)壳聚糖的溶解性与脱乙酰度、分子量、黏度有关 脱乙酰度越高 相对分子质量越小 越易溶于水 相对分子质量越大 黏度越大。
壳聚糖是为N-乙酰-D-葡糖胺和D-糖胺的共聚物
由甲壳素碱化脱乙酰基所得
其结构类似于纤维素。
壳聚糖含有游离氨基 呈弱碱性
不溶于水和有机溶剂
但溶于酸性溶液。
KATO等
发现壳聚糖的氨基能与芳香醛或脂肪醛反应生成西佛碱。
(C=N)因此 可用具有双官能团的醛或酸酐与壳聚糖交联 交联产物不易溶解 溶胀也小 性质较稳定。
壳聚糖除具有良好的生物黏附性、生物相容性、免疫刺激活性、抗肿瘤外 还具有抗酸、抗溃疡、降血压、降血脂、抗菌、抗凝血、抗心律失常等作用。
作为一种阳离子型高分子聚合物 壳聚糖可以通过
化学交联、静电吸附等作用方式把药物包裹起来
在药物表面形成一层半透膜
药物释放的时候要克服大分子骨架的阻碍
使药物释放时间显著延长
从而达到缓释控释的目的。
壳聚糖具有良好的生物相容性
进入人体后可被人体吸收 且不引发免疫排斥反应 其降解产物为寡聚糖和单糖 终产物为CO 和H O 安全无毒。
除了具有良好的成膜、絮凝、黏膜吸附等特性外
壳聚糖还具有降血压、降血糖、降血脂、抗菌、抗肿瘤、抗凝血、抗心律失常等作用[5]。
另外 壳聚糖来源广泛 价格低廉 是一种理想的药物载体。