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生物医用甲壳素材料的应用

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湖北工业大学课程论文

生物医用甲壳素材料的应用

轻工学部10生工2班张杰1010511222

摘要

随着甲壳素研究的迅速发展, 其研究内容和应用范围越来越广泛。本文主要介绍了它的发展, 性质, 提取及加工方法以及其在生物医药领域方面的应用和发展研究近况。

关键词 甲壳素

Application and Research of Chitin , Chitiosan and their

Derivatives in Medicine

Abstract

Chitin, chitosan and their derivatives have been studied for long time by more and more groups. Their

ap-plication field becomes wider andwider. Their history, properties, extracting and processing methods, in

addition, their appli- cations and their development in future of biology medicament were introduced.

Keywords chitin

生物材料( Biomaterials ) 是一种植入生体活系统内或与活系统相结合, 但又不与生体起药理反应的材料。由于生物材料主要以医疗为目的, 它又被称为生物医用材料( Biomedical Materia ls) 。作为生物医用材料之一的生物医用高分子材料是在活体这个特殊环境中使用的材料, 因此要求它有优良的生物相容性( 即血液相容性、 组织相容性和免疫性) 、 医疗功能等特性。多糖是所有生命有机体的重要组分, 在控制细胞分裂和分化、 调节细胞生长和衰老以及维持生命有机体的正常代谢等方面有重要作用。同时, 多糖也具备上述作为生物医用材料的基本要求,

能够在生物体中酶解成易被活体吸收、 无毒副作用的小分子物质, 不会残留在活体内, 是一类生物降解吸收型高分子材料( Bio2a bsobable Polymers) 。作为一类重要的生物高分子化合物, 多糖却长期未受到重视, 发展较蛋白质、核酸晚得多。自 80 年代以来, 国外形成了甲壳素( C hitin) 、 壳聚糖( Chitosa n,CS ) 等多糖类生物医用材料的开发研究热潮。进入 90 年代, 我国对甲壳素和壳聚糖资源的开发研究也越来越重视。

甲壳素( Chitin ) 又名甲壳质、 几丁质、 壳多糖、 虫膜质、 蟹壳素、 聚乙酰氨基葡萄糖等是一种维持和保护甲壳动物和微生物躯体的线性氨基多糖, 广泛存在於节肢动物( 如虾、 蟹等) 、 软体动物、 环节动物、 原生动物、 腔肠动物的身体中, 也存在於真菌和海藻类的细胞壁中, 另外动物的关节蹄、足的坚硬部分, 以及动物肉和骨。甲壳素的结构式如下： 湖北工业大学课程论文

1 发展

人类对甲壳素的利用 和研究已有近 100 a 的历史, 真正引起人们的重视是从上世纪 70 年代开始的,自从 181

1 年由法国科学家 Braconot 从霉菌中发现甲壳素、 1859 年法国人 C. Rouget 用浓 K O H 处理甲壳素得到壳聚糖以来, 在壳聚糖的研究发展史上, 许多国家的科学工作者都作出了贡献。1934 年在美国首次出现了关于制备壳聚糖、 壳聚糖膜、 壳聚糖纤维的专利, 并且于 19 41 年制备出壳聚糖人造皮肤和手术缝合线。可以说, 在 20 世纪

70 年代以前, 主要是欧美国家的科学家在进行甲壳素和壳聚糖的研究, 而在上世纪 70 年代之后, 此类研究的重心就移到了 日本。从上世纪 8 0 年代中期到 90 年代后期的 10 a中几乎每 3 d就有一项专利申请, 日本的科学家和工程师对甲壳素和壳聚糖的研究、 新产品的开发及其产业化作出了很大的贡献。我国在甲壳素的研究和应用方面也取得了长足的进步, 并形成了一定的研究规模, 如北京化工学院与北京化工厂由壳聚糖研制的彩色胶片的成膜剂、 青岛医科大学用壳聚糖制成的人造皮肤等。从 1977 年起, 每隔几 a 召开一次关于甲壳素及壳聚糖的国际会议, 极大地促进了这方面的研究。有关论文涉及到化工、 纺织、 印染、 造纸、 涂料、 饲料、 饮料、 食品、 烟草、 照相、 化妆品、 超滤膜、 环保、 医疗、 贵金属提取、 药物制剂等许多领域。现今, 甲壳素和壳聚糖化学正日益引起人们的关注。

2 性质

2.1 物理性质

甲壳素是白色或灰白色无定型、 半透明固体, 相对分子质量因原料的不同有数 10 万至数 100 万, 不溶于水、

稀酸、 稀碱、 浓碱和一般有机溶剂, 可溶于浓的盐酸、 硫酸等中, 但同时主链发生降解。壳聚糖呈白色或灰白色,

略有珍珠光泽, 半透明无定形固体, 约在 185 e 分解, 不溶于水和稀碱溶液, 可溶于 稀有机酸和部分无机酸( 盐酸) , 但不溶于稀硫酸、 稀硝酸、 稀磷酸、 草酸等。壳聚糖作为溶液被存放和使用时, 需处于酸性环境中, 但由于其缩醛结构的存在. 使其在酸性溶液中发生降解, 溶液粘度随之下降, 最终生成葡萄糖胺。如果加入乙醇、 甲醇、

丙酮等则可延缓壳聚糖溶液粘度降低, 其中以乙醇作用最明显。

2.2 化学性质

壳聚糖分子的基本单元是带有胺基的葡萄糖, 分子中同时含有氨基和羟基, 性质比较活泼, 可修饰、 活化和偶联。表现如下:壳聚糖分子中的活性侧基 A - NH2, 可酸化成盐类, 导入羧基官能团, 取代合成侧链铵盐、 混和醚、聚氧乙烯醚。等等, 制备具有水溶性、 醇溶性、 有机溶剂溶解性、 表面活性以及纤维性等各种衍生物;º 壳聚糖分子中- O H 和- N H2 具有配位螯合功能;» 壳聚糖分子中- O H 和- N H2 均可与交联剂进行交联接枝改性成网状聚合物; ¼ 壳聚糖分子中- N H2 先与过渡金属离子形成配合物, 再与交联剂进行交联, 具有/ 模板剂0 的记忆力和选择吸附性能;½ 壳聚糖在适当条件下进行酰基化, 可制备具有低碳数水溶性衍生物和高碳数疏水性衍生物。

3 生产工艺

甲壳素的生产包括物理法和化学法两种。

物理法工艺:甲壳→干燥→粉碎→筛选→气流分级→不溶性甲壳素。此工艺较难控制,尚处于实验室开发阶段。

化学法分为两种:

(1)甲壳→脱钙→脱蛋白质→脱色→甲壳素→脱乙酰基→壳聚糖 湖北工业大学课程论文

(2)甲壳→脱蛋白质→除钙→脱色→甲壳素→脱乙酰基→壳聚糖

工艺过程:先将虾、蟹壳水洗、干燥,用6%稀盐酸在室温浸泡数小时,用稀酸脱除碳酸钙,使碳酸钙变成氯化钙随溶液排出,再经水洗、干燥、粉碎,用烧碱溶液浸泡,于100℃煮沸分解蛋白质,经多次处理后得到粗壳质,再用1%高锰酸钾溶液浸泡脱色,水洗,于60～70℃用草酸处理30～40min,得白色壳质产品。将此甲壳质浸于40%～50%的浓碱中,于120℃反应40min可得壳聚糖,将脱乙酰基的壳质加入稀HCl溶解,向溶液中加入过量的丙酮,析出壳聚糖的乙酸盐,过滤,水洗至中性,在70℃干燥得洁白或半透明状的壳聚糖,脱乙酰基率>90%,收率>83%。国内生产的壳聚糖产品主要存在灰分含量高和氨基含量高的缺点。为了获得高质量的甲壳素,国外采用多种有机溶剂在闪蒸下操作或用微波幅射,用50%浓碱溶液,于80℃反应18min,完成甲壳素到壳聚糖的转化。

4 应用

4.1 杀虫抑菌作用

壳聚糖的乙酸溶液能使猪肉保鲜防腐, 有效地抑制腐败菌的生长繁殖。而且, 壳聚糖对许多寄生虫、病菌有杀灭抑制作用, 是一种很有开发前途的抗寄生虫剂和抑菌剂。许多温血动物容易感染蜱、 螨等寄生虫。动物的寄生虫与细菌、 病毒一样, 也有抗原物质, 而甲壳素正好是 这 些寄 生 虫 或 某 些 细 菌 及 真 菌 最 有 效 的 抗原。实验证明, 把粉碎的很细的甲壳素用生理盐水配制后, 给实验狗受蜱侵害的部位涂抹, 数 d 之后,全部被杀死,

而且很快长出新毛。在烧伤病人发生绿脓杆菌、 金黄色葡萄球菌和酿脓链球菌感染时, 甲壳素和壳聚糖具有显著的抑菌作用, 对于一般人体表皮存在的皮肤细菌如表皮葡萄球菌, 肠细菌如大肠杆菌和人体真菌如热带白色念球菌,

也是如此。

4.2 医药用膜和敷料

为使生物医用材料与细胞组织接触时产生所期望的效果, 有效抑制生物医用材料与细胞间非特异作用, 促进生物特异作用是关键。可将生物 降解高分子材料作为配体, 设置于材料表面, 藉配体与细胞表面受体间的生物识别赋予材料生物特异性。而壳聚糖因其优异的生物相容性, 既是优良的材料, 又是优异的配体, 以此为原料, 可制成不同临床目的的医用敷料。

4.3 药物控释材料

载体药物, 又称高分子药物, 指将小分子药物植入在特定高分子材料的分子链上所制成的药物。当药物分子不断从高分子链上水解下来, 或者高分子链完全降解、 药性缓慢释放, 能保持药物较长时间的药理作用。作为载体,

生物活性物质必须在其中稳定,并能确保活性物质按需释放, 同时要具有良好的生物相容性和机体舒适感。20 世纪

80 年代美国药典将药物释放体系分类为立刻释放、 缓和释放、 延迟释放、长效释放和靶向释放。另外, 还有以环境( p H 值、 离子强度、 温度等) 响应高分子材料开发的病灶信号响应药物释放体系。这些 均需以载体材 料的结构、 传递、 降解机理进行调控。壳聚糖及其衍生物在人体内可生物降解, 并具有良好的生物相容性, 因此作为药物载体使用有着极大的优越性。将壳聚糖制成凝胶, 药物被包围其中, 它们被植入人体后是蚀解性缓释, 即表面高分子材料吸水膨胀和形成凝胶, 使水分子不能很快进入内部溶解药物, 只有当水分子能进入内部后, 药物才能慢慢溶出, 直至药物释放完全为止。甲壳素和壳聚糖作为缓释剂可使药物的释放受到控制, 血药浓度平稳, 保持在有效浓度范围内, 延长有效时间而不出现毒性。这是由于壳聚糖颗粒可以逐渐膨胀, 特别在酸性溶液中( p H 值 1 ~ 2)

可以漂浮形成凝胶, 而多数缓释剂的聚合物只能在高 p H 值下才形成 凝胶, 因此, 壳 聚糖制成的缓释剂在胃肠内可以延长滞留时间, 提高药物的生物利用度。 湖北工业大学课程论文

4.4 抗肿瘤作用

研究发现, 肿瘤细胞表面比正常细胞表面具有更多的阴电荷, 造成细胞表面电荷的不平衡, 于是使细胞之间的黏附力下降, 组织遭破坏。带阳电荷的聚电解质能吸附到肿瘤细胞的表面并使电荷中和, 从而抑制了肿瘤细胞的生长和转移。但是, 除了肿瘤细胞表面带阴电荷外, 正常血液里的细胞尤其是红细胞也带有较多的表面阴电荷。因此,

带阳电荷的聚电解质必须对肿瘤细胞具有选择性, 换言之, 只有那些对肿瘤细胞表面有选择性吸附和电中和的带阳电荷聚电解质, 才能成为特征的抗肿瘤剂。壳聚糖能对肿瘤细胞发生电中和, 具有直接抑制肿瘤细胞的作用。甲壳素不能直接抑制癌细胞, 而是通过活化免疫系统显示抑制癌细胞的作用。

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几种医用甲壳素无纺布的红外光谱和应用性能比较

几种医用甲壳素无纺布的红外光谱和应用性能比较

广 东 化 工 2012年 第16期 · 32 · 第39卷 总第240期 几种医用甲壳素无纺布的 红外光谱分析和应用性能比较 阳范文，陈晓明 (广州医学院 生物医学工程系，广东 广州 510182) [摘 要]文章研究了三种医用甲壳素无纺布的红外光谱和应用性能，结果表明：透射法所得红外光谱吸收峰扁平，不适合甲壳素无纺布的分析；红外反射法不需特别制样，分析在900~1700 cm-1和2800~3600 cm-1处出现了明显和较尖锐的吸收峰，分析方法完全可行；木纤维在1108.9 cm-1比甲壳素多一个峰，甲壳素在1264.8 cm-1、1587.7 cm-1和1658.2 cm-1处的峰强度大于木纤维；甲壳素/木纤维复合无纺布在创面模拟中没有出现粘连，手感柔软，颜色较白，更适合医疗敷料用途。 [关键词]甲壳素；无纺布；木纤维；红外光谱 [中图分类号]TQ321.2 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2012)16-0032-02 Infrared Spectroscopy and Application Performance Comparison of Several Medical Chitin Non-woven Yang Fanwen, Chen Xiaoming (Department of Biomedical Engineering, Guangzhou Medical University, Guangzhou 510182, China) Abstract: Infrared spectra and application performance of three medical chitin non-woven was studied. The results showed that infrared absorption peak of non-woven with chitin base was flat, which showed the transmittance method was not suitable for the analysis of chitin non-woven. However, clear and sharp peaks of chitin non-woven were observed in 900~1700 cm-1 and 2800~3600 cm-1 without special preparation by reflection method. There were some difference between wood fiber and chitin that reflection peak could be observed at 1108.9 cm-1 for wood fiber, while peak intensity of chitin were stronger than that of wood fiber at 1264.8 cm-1, 1587.7 cm-1 and 1658.2 cm-1. Composite non-woven fabric with chitin and wood fiber was characterized with no adhesive, softer and whiter, which was more suitable for medical dressing use. Keywords: chitin；non-woven；wood fiber；infrared spectroscopy 甲壳质是由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻类的细胞壁中提炼出来的一种正电荷天然生物高分子，是人体健康所必需的第六大生命要素，具有强化免疫、抑制老化、预防疾病、加快疾病痊愈和调节生理机能等五大功能。甲壳素具有良好的生物相容性和生物可降解性，加上其特有的抗菌、消炎、止血、减少创面渗出和促进创伤组织再生、修复、愈合等功能，使之在手术缝合线、人造皮肤和伤口敷料等领域得以广泛应用[1-3]。 然而，采用单一甲壳素组分制备的纤维或无纺布存在成型加工不方便、手感不够柔软、延伸率较低等不足。而医用脱脂棉纤维(木纤维)具有柔软、保温、耐热、不过敏的优点，不足之处是渗透性太强，容易与渗出物结痂，棉纤维毛羽多容易与伤口粘连，揭取换药时容易造成新的创伤。而将二者进行复合，能起到取长补短、发挥各自优势的优点[4-5]。 文章以应用于医用敷料领域的甲壳素无纺布为研究对象，探索快速、方便的红外光谱分析方法，模拟创面使用效果，为医用敷料的开发、应用和质量监控提供理论指导。 1 实验部分 1.1 样品和材料 本研究采用的医用甲壳素无纺布有三种：JSK-100是采用100 %甲壳素制备的无纺布，JSK-50和JSK-7分别采用50 %、7 %的甲壳素与棉纤维复合制备的无纺布，木纤维(Mianhua)采用通用的市售医用脱脂棉。 1.2 测试仪器

甲壳素的功效与作用是什么

甲壳素的功效与作用是什么

甲壳素的功效与作用是什么

甲壳素是一种天然的多糖类物质，广泛存在于海洋中的贝壳、虾、蟹等海洋生物的外壳中。甲壳素具有很多独特的生化特性和生物学功能，对人类的健康具有重要的作用。下面将详细介绍甲壳素的功效与作用。

一、增强免疫力

免疫系统是人体内部的防御系统，是维持人体健康的第一道防线。甲壳素对免疫系统具有调节和增强的作用。研究发现，甲壳素能够提高白细胞和淋巴细胞的活性，增强巨噬细胞的吞噬能力和杀菌作用，促进免疫球蛋白的合成，增强免疫系统的整体功能。因此，适当补充甲壳素可以增强机体的抗病能力，预防和缓解疾病。

二、促进伤口愈合

甲壳素具有促进伤口愈合的作用。研究表明，甲壳素可以促进细胞增殖，提高生物膜的合成，促进伤口的愈合和创面的修复。甲壳素还具有抗菌和抗炎作用，可以减少伤口感染和炎症反应，加速伤口的愈合过程。

三、保护肝脏

肝脏是人体内最大的解毒器官，对于体内各种有害物质的代谢和清除具有重要的作用。甲壳素具有肝保护作用。研究发现，甲壳素可以通过增强肝脏的解毒能力，提高肝细胞的抗氧化能力，减少脂质过氧化和肝细胞损伤，保护肝脏功能的正常运作。

四、抗氧化作用 甲壳素是一种强抗氧化剂，可以清除自由基，减少氧化损伤。自由基是人体内产生的一种高活性物质，可以对细胞和组织造成损伤，导致多种疾病的发生和发展。甲壳素可以中和自由基，保护细胞和组织的完整性，减少氧化反应的发生，起到抗氧化的作用。

五、改善肠道健康

肠道是人体内最大的消化器官，对于人体的健康具有重要的影响。甲壳素可以增加肠道菌群的数量和种类，并且调节肠道菌群的平衡，减少有害菌的生长和繁殖。同时，甲壳素还可以增加益生菌的数量，促进其生长，改善肠道的环境，提高肠道的功能。通过这些作用，甲壳素能够促进食物的消化吸收，增强肠道的屏障功能，预防和缓解肠道相关的疾病。

六、降低血脂和血糖

血脂和血糖是人体内重要的生理指标，对于心血管和代谢健康具有重要的影响。甲壳素可以通过调节脂代谢酶的活性，抑制胆固醇的合成和吸收，降低血脂的水平。同时，甲壳素还可以调节胰岛素的分泌和作用，提高胰岛素的敏感性，降低血糖的水平。适当补充甲壳素可以降低血脂和血糖的异常，预防和改善心血管疾病和糖尿病的发生风险。

蚕蛹甲壳素：止血材料或将带来新突破

蚕蛹甲壳素：止血材料或将带来新突破

蚕蛹甲壳素：止血材料或将带来新突破

王虹

【期刊名称】《中国纤检》

【年(卷),期】2014(000)015

【总页数】2页(P30-31)

【作 者】王虹

【作者单位】

【正文语种】中 文

甲壳素是一种存在于甲壳类动物表皮的黏性多糖，因其结构与纤维素相似，又被称作动物纤维素。重庆不属于沿海地区，虽然缺乏像虾、蟹之类的甲壳类动物，但重庆家蚕资源丰富，所以从蚕蛹的表皮中提取成为当地获取甲壳素的主要途径。

多年来，西南大学纺织服装学院教授吴大洋一直从事甲壳素提取物（又名壳聚糖）的研究。近来，他带领团队研发出一种由蚕蛹甲壳素制备出的新型止血材料，引来行业的高度关注。

意外的发现

虽然吴大洋一直在做甲壳素提取物研究工作，但将其用于开发止血材料却是因为意外的发现。

据吴大洋研究小组成员蓝广芊介绍，从2009年开始，吴大洋就试图从蚕蛹甲壳素的高纯度提取物方面有所突破。起初，他通过化学接枝的方法研究制备出一种具有良好抗凝血性能的蚕蛹壳聚糖甘氨酸衍生物。这种蚕蛹壳聚糖衍生物为米黄色粉末，抗菌性强，易溶于水，具有良好的抗凝血活性，在浓度为2 mg/mL时即可使全血不凝。这种特性非常适用于输血过程，可防止血液凝固，保证输血安全顺畅。

由于甲壳素本身具有抗解性和凝血性的特性，而且，蓝广芊经查找发现：2008年汶川地震所使用的止血材料中，大部分是国外研发生产的，国内用甲壳素做止血材料的报道少之又少，并且做法都比较简单，只是将甲壳素冻干来止血。这种处理方法做出来的止血材料孔隙率低，柔软舒适度差，而且吸水后很容易腐烂。

于是，在抗凝血材料研究的基础上，该团队研究出了一种具有快速止血性能的多孔状蚕蛹甲壳素抗菌止血新材料。“它的这种特性与‘防血液凝固’刚好相反，变成了加速血液凝固，非常适用于止血。”吴大洋说。

据了解，在研究过程中，该课题组还建立了一套蚕蛹甲壳素快速制备新方法，采用这种方法获得的蚕蛹甲壳素质量高，产品纯度达到95%以上，并且具有更高的抗菌性能。这对蚕蛹的深加工具有重要作用，可大大提高蚕蛹的附加值。

生命第6大要素_甲壳素

生命第6大要素_甲壳素

什么是甲壳素

甲壳素是几丁质和几丁聚醣（几丁胺醣）的合称。 几丁质(chitin)与几丁聚醣(chitosan)是一种天然无毒性高分子，并且具有生物可分解性，它的构造类似纤维素，由1000-3000个N-乙葡萄糖胺（N -Acetyl 2- Amino -2 Deoxy -d -D =Glucose或n- Acetyl -d -Glucosamine）单体以B-1,4键所构成的直链状高分子醣类。不具有毒性且可以被生物体分解，具有生物活性，被视为最具有潜力的生物高分子。

在自然界中几丁质是地球上含量最丰富的胺基醣型式的多醣，含量仅次于纤维素；它主要存在于昆虫类及水生甲壳类等无脊锥动物的外壳上，以及真菌类的细胞壁，它在生物体中所扮演的角色主要是用来作为身体骨架及保护作用。几丁聚醣是几丁质去乙基醯基产物，通常将几丁质去乙醯基程度达70%以上即可变成可溶于酸性的几丁胺糖产物。

21世纪医药领域的新材料：甲壳素（上）

甲壳素又名甲壳质、壳聚糖，是一种化学结构与纤维类似的高分子多糖，它广泛存在于昆虫、甲壳类动物的硬壳以及菌类的细胞壁中。近年来，研究人员对甲壳素及其衍生物进行了研究，提供了许多有价值的资料，展示了它广阔的应用前景。本文对甲壳素在医药上的应用做一简介，以利于这一资源的开发和利用。

一、甲壳素的药理作用

1.抗菌抗感染 甲壳素及其多种衍生物均具有不同程度的抗感染作用，以甲壳素六聚糖为最强。小分子的脱乙酰甲壳素具有质子化铵，质子化铵与细菌带负电荷的细胞膜作用，吸附和聚沉细菌，同时穿透细胞壁进入细胞内，扰乱细菌的新陈代谢及合成而具有抗菌作用。夏文水、吴焱楠研究认为，相对分子量为1500的脱乙酰甲壳素对大肠杆菌的抑制效果最强，随着分子量增大，则抑菌作用下降。正光华发现，脱乙酰甲壳素对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、小肠结尖耶尔氏菌、鼠伤害沙门氏菌和李斯特单核增生菌，均有较强的抑制作用。中国纺织大学吴清基教授已成功地将甲壳素制成无纺布、流延膜、涂层纱布等多种医用敷料用于临床，其中甲壳素与醋酸制成的无纺布透气透水性能极佳，用于大面积烧伤烫伤，抗感染和促进伤口愈合效果很好。目前上海市每年可生产甲壳素医用材料约100吨。