壳聚糖及衍生物ppt课件

1、壳聚糖及衍生物的应用北京联合大学应用文理学院 林强2015.4,一. 壳聚糖的研究背景chitosan壳聚糖是由海洋中虾壳、蟹壳中的甲壳素，经过脱乙酰反应得到的天然生物材料,壳聚糖的结构 （chitosan）、性质,壳聚糖是含有氨基的多聚糖，一般高分子量壳聚糖不溶于水。可溶于乙酸水溶液。壳聚糖分子量在十几到二十万左右。壳聚糖无毒、可生物降解、生物相容性好。在食品、医药、化妆品等方面应用前景广阔,壳聚糖在医药领域中的应用,5,甲壳素和壳聚糖的提取和制备,虾、蟹壳漂洗,脱钙及无机组,脱蛋白质及脂肪,脱碱、漂洗,水洗、烘干,甲壳素产品,浓碱处理,水性、烘干,壳聚糖产品,二 壳聚糖及衍生物制备及生物活

2、性,甲壳素的提取： 用46wt的HCl溶液重复浸泡脱钙24h以上 去除矿物质；然后用NaOH溶液在115oC保温 6h，再通过离心和洗涤脱出蛋白质。除矿物 质和脱蛋白质的过程反复进行，直到除去所 有的无机物和蛋白质，得到甲壳素。 最终产物的乙酰度可能会比原料略低，因为 在处理过程中除去了部分乙酰基,壳聚糖的制备,最常用的方法是异相反应。在强碱溶液（4050wtNaOH）、135oC、氮气保护下反应3h。 脱乙酰反应开始非常快，但是在反应完成以前会减慢和停止。阻碍反应进行的原因是由于在脱乙酰过程中，C3位上的乙酰基和羟基的重排。 壳聚糖也可以由酶催化脱乙酰，这样能提高脱乙酰度。但是对于酶的选择必

3、须十分谨慎，因为很多酶同时会降解高分子,低聚壳聚糖（壳寡糖,由10个以下氨基葡萄糖聚合而成的低聚糖 生物活性： 1.提高免疫 2.抗氧化 3.抗肿瘤 4.调节肠道有益菌群,壳寡糖制备,1.化学讲解法 盐酸水解、双氧水氧化降解 2.酶水解 真菌发酵产生的壳聚糖酶，种类比较多，多为内切酶。 混合酶 包括蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶复合酶,酸降解和氧化降解由于产品相对分子质量分布较宽、降解时间长或存在其它副反应等缺点，而使其应用受到限制。 专一酶没有工业化生产，价格昂贵，非专一性酶活性有限，产品分子流量相对较大,H2O2与纤维素酶联合降解,在纤维素酶降解的后期向体系内引入H2O2 快速氧化降解,以提高反

4、应速率、缩小产品 分子量分布宽度。 反应条件 纤维素酶降解时酶糖比0.2, pH4.6、50、时间为 3 h； 后续H2O2降解时用量为0. 81.0(ml/g)、75、时 间为1.5h，所得降解产物的平均分子量约为1500,H2O2与纤维素酶联合降解产物,产品与原料的红外光谱图,壳寡糖凝胶色谱图,复合酶法制备壳寡糖,氧化化法最佳工艺条件下的产品h,纤维素酶法最佳工艺条件下的产品6h,筛选出的1号复合酶，5h,筛选出的2号复合酶，5h,氨基葡萄糖及盐生物活性,1.舒缓因关节炎引起的疼痛、僵硬和肿胀 2.强化软骨结构，预防关节功能失效 3.润滑关节及维持关节功能,氨基葡萄糖盐酸盐药物,N-乙酰氨

5、基葡萄糖,在临床上是治疗风湿性及类风湿性关节炎的 药物。它也可以作为食品抗氧化剂及婴幼儿 食品添加剂，糖尿病患者甜味剂。 主要用于临床增强人体免疫系统的功能，抑 制癌细胞或纤维细胞的过度生长，对癌症和 恶性肿癌起到抑制和治疗作用； 对于各种炎症，能起到有效的治疗，对骨关 节炎及关节疼痛也有治疗作用,壳聚糖化学改性,三、壳聚糖及衍生物在药物制剂中应用,1.膜剂 将壳聚糖无纺布、壳聚糖流涎膜、壳聚糖涂 层纱布等多种医用材料用于临床，其中用壳 聚糖醋酸溶液制成的壳聚糖无纺布透气透水 性能极佳，用于大面积的烧、烫伤、效果很 好,良好的成膜性,粉剂,精制的壳聚糖细粉（150 m）可用于制备 粉剂，能明显

6、促进伤口愈合。难溶性药物如 灰黄霉素、苯妥英、苯巴比妥、及消炎痛等 与壳聚糖细粉共同研磨，可减少药物结晶颗 粒，提高其溶解性和生物利用度,颗粒剂,用壳聚糖与相关药物制成颗粒剂，可改善口 服制剂在胃肠尤其在胃内的滞留时间，以提 高药物的生物利用率。如用壳聚糖与消炎痛 制成一种新型的缓释颗粒，含药50%，体外 溶出试验表明，药物释放是缓慢的，而且几 乎是完全的,片剂,壳聚糖压片制成的片剂，可作咀嚼片、舌下 片或口腔粘膜片直接压片时的稀释剂 微囊剂,大豆异黄酮-壳聚糖-海藻酸钠微囊,壳聚糖缓释制剂,各种壳聚糖基质缓释材料体系,壳聚糖微球的缓释机理,药物从壳聚糖微球体系缓释主要有三种不同机理： 从粒子

7、表面缓释； 从溶胀的橡胶态基材扩散； 从聚合物基材的溶蚀缓释,壳聚糖表面大量亲水基团粘附蛋白质,壳聚糖本身糖苷键缓慢水解带动药物释放，表面积分子量影响释放速度,药物在壳聚糖凝胶内扩散速度明显慢于水溶液中,壳聚糖负载环丙沙星微球,载药微球表面有许多微孔，随着LVF/CS增大，微球表面逐渐被药物所覆盖,壳聚糖胶束,阿霉素纳米胶束自组装过程,壳聚糖纳米粒,纳米级聚合物粒子通常是指直径在10-500nm的胶体粒子,壳聚糖纳米粒,特点： 药物包封率高 稳定性强 释药时间长 活性组分(药物、生物活性材料等)通过溶解 和包覆位于粒子内部，或者通过吸附和附着 作用位于粒子表面,四. 壳聚糖表面活性剂及应用,保

8、湿、润肤,增稠、乳化、分散、胶体保护,抑菌,抗静电、毛发柔顺,抗皱、美白,成膜、微囊化,壳聚糖的改性,壳聚糖含有羟基和氨基能进行各种化学改性，从而改变壳聚糖的性质，如增强抑菌性、增加水溶性、增强保湿性、改善表面活性、增加抗氧化活性、制备智能缓释材料，总之通过壳聚糖改性能赋予壳聚糖多种强大功能,常见壳聚糖改性或载体,季铵基团接枝,负载金属或氧化物,磺化、磷酸化,负载天然活性物质,羟乙基化,烷基化,1.N-烷基化反应或O-烷基化反应羧甲基壳聚糖制备,提高了水溶性和抑菌性。具有良好的成膜性,2.羧甲基壳聚糖表面活性剂的合成（1）用脂肪醛进行N-烷基化,2）用卤代烷进行烷基化,羧甲基壳聚糖表面活性剂性

9、质,碳原子个数增加，表面张力下降,羧甲基壳聚糖表面活性剂性质,白色或浅黄色固体。 C16-CMCS可以在CMC下，表面张力可降低至34.72 mN/m。起泡性不高，泡沫稳定性较好。C16-CMCS乳化力最好，高于吐温60起始值高达近70%且其乳化力的稳定性也较好。 C4C16-CMCS的HLB值在314之间,3.壳聚糖与谷氨酸的反应生成的N-酰基化合物具有良好保湿性和水溶性。还可以与天冬酸、各种酸酐反应,4. N-羧基化，壳聚糖与乙醛酸的反应,5. O-羟丙基化反应,6.HPCS表面活性剂合成R可以是C4C16,7.与缩水甘油反应，生成的化合物具有良好的保湿性,8.二羟丙基壳聚糖DHPCS合成

10、壳聚糖基表面活性剂，可以调节R的碳数得到不同HLB值表面活性剂,不同碳数HPCS与吐温-80乳化能力比较,二羟丙基壳聚糖DHPCS表面活性剂性质,不同碳数的DHPCS 表面活性剂的cmc为0.0160.04 g/L。可降低的最低表面张力为22.73 mN/m。 C4C16-DHPCS的HLB值在1115之间 Cn-DHPCS类表面活性剂的乳化性能高于吐温80 C4C16-HPCS的起泡性均表现良好。泡沫稳定性FVS值最高可达到96%左右，此类表面活性剂可以用来做泡沫稳定剂、发泡剂被加以应用,9.N-季铵盐化，制备多阳离子聚合物,10. 2-羟基-3氯丙磺酸钠合成,11.壳聚糖磺酸钠表面活性剂合

11、成,12.N取代羧甲基壳聚糖抑菌剂制备,13. N,N,N-三甲基壳聚糖碘化铵的合成具有良好的且具有良好的保湿性能，还可用作杀菌抑菌剂、乳化剂、抗静电剂、洗涤剂、分散剂、匀染剂,14.水溶性阳离子壳聚糖可以通过胶束负载活性成分，有良好的生物相容性和生物降解性GTMAC,15.壳聚糖磷酸化促进牙周组织再生，促进钙吸收，促进表皮细胞生长，仿骨材料,16.壳聚糖磺化反应具有类肝素作用，水溶性好，具有良好抑菌活性，激活表皮细胞、提高免疫能力等,17.壳聚糖-AgO微粒抗菌膜,抑菌膜的抗菌活性,18.壳聚糖-环糊精微粒合成和应用前景，可以负载活性物质和保护不稳定性物质,壳聚糖-环糊精微粒SEM照片,五.壳聚糖其他重要应用,1.生物医学材料 人造骨、人造皮肤、心脏支架、手术防粘连纸张、手术缝合线等,壳聚糖人造骨组织,壳聚糖人造纤维,复合壳聚糖支架材料,壳聚糖人造皮肤,2.壳聚糖抑菌材料 水果保鲜、卫生材料 3.环保材料 吸附废水中重金属、染料、有机物 4.人造纤维 内衣、纺