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N_羧甲基壳聚糖的制备及其生物相容性评价

N-羧甲基壳聚糖的制备及其生物相容性评价＊

黄　攀,韩宝芹,刘万顺,常　菁,董　文

(中国海洋大学海洋生命学院,山东青岛266003)

摘　要:　以壳聚糖、乙醛酸为原料,制备了不同羧化度的水溶性N-羧甲基壳聚糖(N-CM C),进行了羧化度的测定、FTI R结构表征及生物相容性评价。结果表明,制备的5种N-CMC羧化度(D.C.)在25%～78%,FI TR谱图中在1590cm-1处存在羧甲基的特征吸收峰,羧甲基化发生在壳聚糖(CTS)的2位N上。用小鼠成纤维细胞株L929评价材料的细胞毒性,在设置的62.5～5000μg/ml浓度内均具有良好的细胞相容性。动物组织相容性实验表明,相同质量N-CM C 的胶体溶液比膜剂更易被组织降解吸收;在肌肉组织中其降解吸收快于皮下组织。溶血性测试表明5种羧化度样品的溶血率均<5%。表明N-CMC是一种优良的生物医用材料。

关键词:　N-羧甲基壳聚糖;结构表征;羧化度;生物相容性

中图分类号:　R318.08文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2009)07-1198-06

1　引　言

壳聚糖是甲壳素多糖的脱乙酰产物,分子中含有丰富的氨基,可溶于酸性水溶液,但在中性和碱性条件下不溶解。通过壳聚糖的接枝改性,可提高其水溶性和生物功能性,对于拓宽壳聚糖的应用具有重要意义。羧甲基壳聚糖是目前壳聚糖改性研究和应用研究最多的一种壳聚糖衍生物,具有优良的水溶性、成膜性、保湿性等,在日化、食品、医药、医用生物材料等领域中具有广泛的应用前景[1]。目前的研究和应用大多集中在N,O-羧甲基壳聚糖上,对2位氨基羧甲基化的N-羧甲基壳聚糖(N-CM C)研究不多。R.A.A.M uzzarelli报道了N-CM C在金属离子螯合上有良好的应用价值[2],H.E.Junginger曾报道N-CM C能促进体内外肠上皮细胞吸收肝磷脂[3],吕丰等[4]发现N-CMC作为造影剂成分能明显增强对动物肝脏超声显影效果。本文制备了不同羧化度N-CM C,对其结构性质和生物相容性进行了评价,对于拓宽壳聚糖的应用具有重要意义。2　材料与方法

2.1　材料与仪器

2.1.1　主要材料

小鼠成纤维细胞株L929(中科院生化细胞研究所),SD大鼠((200±20)g,雌雄各半,青岛市药品检验所),壳聚糖(D.D.95%,旋转粘度180mPa·s,由青岛博益特生物材料有限公司提供),DM EM培养基(Gib-co),小牛血清(Hy clo ne),胰蛋白酶(Sigm a),M T T (Am re sco),二甲基亚砜(天津市化学试剂),其它试剂均为国产商品试剂,分析纯。

2.1.2　主要仪器

AVATA370型红外光谱仪(美国Therm o Nico-le t),倒置显微镜(日本Oly mpus),BB16FCO2培养箱(上海力申科学仪器有限公司),M ultiskan Mk3型酶标仪(Therm o Labsystem s)。

2.2　方　法

2.2.1　不同取代度N-羧甲基壳聚糖(N-CMC)的制备

分别称取一定量壳聚糖,于1000ml三口烧瓶中加入适量水,搅拌下加入醋酸溶液调pH=5,使壳聚糖溶解成3%的胶体溶液。以壳聚糖糖单元与乙醛酸按不同摩尔比加入乙醛酸溶液进行反应,产物经除盐,滤除不溶物,冷冻干燥,制得5种不同羧化度的N-CMC,产物标记为CM1、CM2、CM3、CM4、CM5。

2.2.2　羧化度(D.C.)测定[5]

参照文献[5]进行CM1、CM2、CM3、CM4、CM5的羧化度测定,并计算样品的羧化度。

2.2.3　结构分析和表征

FTIR表征:将样品溶解流延制成薄膜,干燥后,于红外光谱仪扫描。

2.2.4　N-CMC的细胞毒性试验[6,7]

以对数生长期的L929小鼠成纤维细胞为评价细胞,采用M T T法评价羧化度为25%的CM1和78%的CM5的细胞毒性。实验分为正常对照组、空白对照组和实验组,空白对照组为不加细胞的培养液,正常对照组为L929细胞于10%血清DM EM培养液中培养,实验组为L929细胞分别在含N-CM C为5000、2000、1000、500、250、125、62.5μg/ml的10%血清DM EM 培养液中培养。各组在CO2培养箱(37℃,RH100%,

＊基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2007A A091603,2006A A02A132)收到初稿日期:2009-01-12收到修改稿日期:2009-04-13 通讯作者:刘万顺

作者简介:黄　攀　(1984-),女,浙江宁波人,在读硕士,师承刘万顺教授,从事海洋活性物质和医用生物材料研究。

5%CO 2)中培养,分别于第2、4、7天倒置显微镜下观察细胞形态,M T T 法测定492nm 处光吸收值(OD

值)并计算细胞相对增殖率(RGR )。计算公式为:细胞增殖率(RGR )%=实验组OD 平均值-空白对照组OD 平均值正常对照OD 平均值-空白对照组OD 平均值

×100%

细胞毒性分级,0级:RGR ≥100%;1级:75%～99%;2级:50%～74%;3级:25%～49%;4级:1%～24%;5级:0。2.2.5　N -CMC 组织相容性试验[8]

N -CMC 胶体溶液的组织相容性实验:用生理盐水将无菌无热原的CM5样品配制成3%浓度的胶体溶液,在大鼠背部皮下、后腿部肌肉位点分别注射0.2m l ,于注射后1、3、6周随机处死大鼠,肉眼观察注射部位组织变化,并取注射部位组织固定,常规组织切片,H E 染色观察炎症反应大小,评价N -CM C 胶体的组织相容性。膜片的组织相容性实验:CM 5样品溶解流延法制成膜片,膜片裁剪成1cm ×1cm 规格,质量约6mg ,在

大鼠背部皮下、后腿部肌肉位点各植入1片。观察时间和评价方法同上。2.2.6　溶血试验

用生理盐水分别将5种样品配成2m g /ml 浓度。

A 组:取0.3ml 样品溶液与0.7m l 新西兰大白兔(ACD )抗凝血混匀,放置2min 。

B 组:取0.3ml 生理盐水与0.7ml ACD 抗凝血混匀,放置2min 。实验组:取A 组溶液0.2m l ,加入0.8ml 生理盐水;阳性对照组:取B 组溶液0.2m l ,加入0.8ml 蒸馏水;阴性对照组:取B 组溶液0.2ml ,加入0.8ml 生理盐水。1000r /

min 离心10min ,取上清液在545nm 处测定其吸光值,

计算各样品的溶血率。溶血率<5%者,判定为合格。溶血率%=实验组光吸收平均值-阴性对照组光吸收平均值阳性对照组光吸收平均值-阴性对照组光吸收平均值

×100%

3　结果与分析

3.1　不同羧化度N -CM C 样品的制备壳聚糖的氨基可与乙醛酸发生西佛碱反应得到N -CMC ,本反应在弱酸性条件下进行,由于条件温和,可减少壳聚糖分子链发生断裂。考察了壳聚糖和乙醛酸按不同的摩尔比例进行反应对产物羧化度的影响,从表1可以看出,随着乙醛酸用量的增加,羧化度逐渐升高,但随着乙醛酸量的进一步增加,羧化度增加不明显。这是由于羰胺缩合反应过程中会产生碳四面体中间体结构,且壳聚糖作为大分子物质,与乙醛酸反应时产生较大的空间位阻,故制备更高羧化度的N -CM C

有一定困难。

3.2　羧化度的测定

N -CMC 在滴定过程中出现了3个突跃点,先后分

别为溶液中游离H +质子的滴定终点(1),—COOH 基上质子的滴定终点(2)和—NH +3形成—NH 2,—

NH +

2R 形成—N H R 的滴定终点(3),图1所示。表1

中ΔV 为N -CM C 中羧基H +

质子全部被碱中和所消耗标准氢氧化钠溶液的体积,即第二突跃点的横坐标值减去第一突跃点的横坐标值所得的差值。5种羧化度的N -CMC 的第一突跃点、第二突跃点、ΔV 和计算所得羧化度见表1。表1　5种N -CMC 的突跃点及其羧化度

Table 1The knee points to diffe rent N -CM Cs and the degrees of carbox ylation

样品

CM 1CM 2CM 3CM 4CM 5n (CT S )∶n (乙醛酸)

1∶11∶1.5

1∶3

1∶6

1∶9

第一突跃点(17.2,3.81)(17.2,3.55)(16.6,3.3)(16.1,3.2)(16,3.2)第二突跃点(20,5.97)

(21.15,6.36)

(22.4,6.92)

(22.9,7.61)

(23,7.7)ΔV (ml )2.83.955.86.87.0羧化度(%)

25.13

35.62

59.46

74.55

77.88

图1　N -CMC 的酸碱滴定曲线

Fig 1Acid -base titration curve of N -CMC

3.3　N -CMC 的表征

反应产物N -CM C (b )和CTS (a )的FTIR 图谱见图2,N -CM C 在1590cm -1出现了羧甲基的特征吸收峰,CTS 中1652.5和1594.5cm -1处的吸收峰在N -CM C 中叠加为1590.3cm -1单峰,可以认为是由于在氨基上发生羧甲基化而使C TS 的N —H 振动减弱,并且受到羰基峰的影响发生移位所致。C TS 中的1420.3

和1374.1cm -1叠加为1359.4cm -1,说明N -CMC 中含N —C 结构含量增加,出现—N H —CH 2—键;N -CMC 和C TS 在1159cm

-1

均出现吸收峰,且强度变化不明

显,说明CTS 上的醇羟基没有发生反应,N -CMC 的羧

甲基化仅发生在2位N 上

。

图2　壳聚糖和N -羧甲基壳聚糖的F TIR 图谱

Fig 2IR spectra of C TS and N -CMC

3.4　细胞相容性评价3.

4.1　细胞形态观察

细胞培养2d 时,CM 1浓度在62.5～2000μg /ml 时,细胞生长状态良好,细胞密度,形态均与对照组相似,浓度达到5000μg /ml 时,细胞密度明显减少,细胞生长受到抑制。CM 5的各组细胞均表现出良好的生长状态,如图3所示。

培养4d 时,各组细胞密度明显增大,铺满培养板底部,细胞间排列紧密,胞浆丰富,胞体透明,表明细胞状态良好。CM 1浓度为5000μg /ml 组细胞数量相对2d 时有所增加,但胞体较多呈圆形,胞内含空泡。其余各组细胞均表现出良好的生长状态,见图4

。

图3　N -CM C 在不同浓度下2d 时对L929细胞生长形态的观察(×200)

Fig 3M orpho logy of L929cultured with different concentrations of N -CM C after 2day s (×200)

3.4.2　细胞毒性评价通过M T T 法测定结果,对两种样品进行细胞毒性评级,结果见表2。高低两种羧化度的样品在低浓度时对L -929细胞的生长影响不明显,但在高浓度时呈现一定的差异。随着培养时间的延长,高浓度CM 1具有较明显的细胞毒性。而CM 5在整个实验过程中细胞毒性等级始终保持在0和1级,表现出良好的细

胞相容性,与细胞形态观察结果一致。说明CM 5比

CM1具有更好的生物相容性,选择CM 5进行组织水

平的生物相容性评价。3.5　组织相容性评价3.5.1　胶体溶液的组织相容性

用高羧化度的N -CM C (CM5)制备成3%胶体溶液,皮下注射后24、48、96h 观察注射部位无发生任何红斑或溃烂现象。1周后在背部仍能看到一小块胶体聚积的皮肤凸起,解剖见皮下有一包膜,包膜内为粘稠

的胶体。第3周包膜变小,说明材料在逐步被吸收;第6周包膜尚可见,但包膜内已无胶体;肌肉注射部位,1周后观察胶液已全部吸收,且肉眼观察不到组织异常,表明N -CM C 胶体溶液在肌肉内降解吸收比皮下快得多。组织切片H E 染色观察见图5,皮下注射胶体溶

液的组织在前3周有数量较多的炎症细胞浸润,主要是嗜中性粒细胞,少量浆细胞和淋巴细胞,至第6周炎症现象基本消除;肌肉组织在第3周炎症反应基本消失,但尚有少量淋巴细胞浸润

。

图4　N -CM C 在不同浓度下4d 时对L929细胞生长形态的观察(×200)

Fig 4M orpho logy of L929cultured with different concentrations of N -CM C after 4day s (×200)

表2　相对增殖率和细胞毒性评级的结果

图5　CM 5胶体溶液注射皮下和肌肉后不同时间的H E 染色结果(×200)

Fig 5Results of the H E staining in different periods after subcutaneo us injectio n and intramuscular injection of

CM 5co lloid solution 3.5.2　膜片的组织相容性N -CMC 膜片分别植入大鼠皮下和肌肉组织中,1周后在皮下和肌肉内均有较严重的炎症反应,皮下仍能取出完整的膜片,肌肉内膜片已经破碎;H E 染色观察,皮下和肌肉内的组织有较多的炎症细胞浸润。第3周时,皮下仍可取出少量破碎的膜片,肌肉内膜片则全部降解吸收,肌肉颜色与正常比较偏暗,H E 染色观

察,皮下组织炎症细胞数目仍较多,肌肉组织内的炎症

细胞明显减少;第6周时,皮下植入部位形成包膜,肌肉组织恢复正常,H E 染色结果显示,皮下组织炎症细胞相对前3周明显减少,组织间隙内仍可见较多的浆细胞和淋巴细胞。肌肉组织基本与正常组织相当。结果见图6

。图6　CM5膜片植入皮下和肌肉后在不同时间的H E 染色结果(×200)

Fig 6Results of the H E staining in different pe riods after subcutaneous implantatio n and intramuscular implan -

tatio n of CM5film

3.6　溶血试验

5种样品的溶血试验结果表明其溶血率均<5%,符合GB/T16886.4-2993的合格要求。

4　结　论

(1)　研究采用乙醛酸与壳聚糖反应,制备N-羧甲基壳聚糖,通过控制加入乙醛酸的量得到不同羧化度的N-CMC。实验表明大量增加乙醛酸的量并不能使壳聚糖的—N H2完全羧甲基化。主要原因是受反应空间位阻的影响。N-CMC经FTIR,表明羧甲基化仅发生在壳聚糖的—NH2上。

(2)　用L-929细胞评价材料的细胞相容性,结果显示,N-CM C的细胞相容性受羧化度的影响,羧化度越高细胞相容性越好。

(3)　将材料制备成膜片和胶体两种剂型,分别在大鼠肌肉和皮下进行组织相容性评价。结果显示,N-CM C的胶体剂型体内降解吸收明显快于膜剂型。在肌肉内降解吸收速度快于皮下。溶血实验结果表明羧化度为25%～75%的N-CMC均无明显的溶血现象。表明N-CMC在生物医学材料方面有一定的应用价值。

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1842.

Preparation and Biocompatibility of N-carboxymethyl chitosan HU ANG Pan,HA N Bao-qin,LIU Wan-shun,C HANG Qing,DONG Wen

(College of M arine Life Science,Ocean Unive rsity o f China,Qing dao266003,China)

A bstract:Water-soluble N-carbo xym ethyl chito sans(N-CMC)w ith five different carboxy latio n deg rees we re prepared from chitosan and glyo xy lic acid.The deg rees of ca rbox ylation(D.C)w ere between25%and78%. The structure o f N-CM C w as characterized by F TIR.Results show ed that carbo xym ethy g rouop w as specifically grafted on the—NH2of CTS.N-CMC show ed a goo d cy to-com patibility w hen they we re co-cultured w ith L929 fibroblasts.Anim al tissue compatibility expe riments show ed that colloidal so lution of N-CMC w as m ore easily to be degraded and abso rbed in vivo than film shape.N-CMC had a bette r degradation and abso rption in muscle tis-sue than in subcutaneous tissue.The hem oly sis rates of the five N-CMC s w ere less than5%,indicating that N-CM C m aterial had goo d bloo d com patibility.

Key words:N-carboxymethylchitosan;structure characterization;degree of carboxylation;biocompatibility

(上接第1197页)

Effect of ECAP on microstructure and wear-resisting property of C u-Ag alloy

WEI Liang-liang,HOU Ying-w ei

(S chool of M aterials Science&am p;Enginee ring,Dalian Jiao to ng University,Dalian116028,China)

A bstract:Studied the microstructure and w ear-resisting property of Cu-Ag A lloy ex truded by ECAP.I t sho w s that ECAP successfully make the g rain refined,the g rain size from5to6μm to about2.5μm;microhardness and wear-resisting property increase,the microhardness is70%higher than that o f the alloy befo re ECAP,the wear weight loss is abo ut19%lowe r than that of the alloy before ECAP.

Key words:EC AP;Cu-Ag alloy;microstructure;wear-resisting property

壳聚糖及其结构特点

第一章绪论 1．1 壳聚糖及其结构特点壳聚糖(Chitosan)是甲壳素(Chitin)脱乙酰基后的产物，是甲壳素最基本、最重要的衍生物。甲壳素又名甲壳质、几丁质，化学名为(1,4)—2—乙酰胺—2—脱氧—β—D—葡聚糖，主要存在于虾、蟹、蛹及昆虫等动物外壳以及菌类、藻类植物的细胞壁中。节肢类动物的干外壳约含20~50%甲壳素。自然界中甲壳素有三种结构：α、β、γ，其中最为常见、普通的是α型。地球上每年甲壳素的生物合成量为数十亿吨，是产量仅次于纤维素的天然高分子化合物。下图1-1是甲壳素和壳聚糖的结构：图1-1 甲壳素、壳聚糖分子的结构示意图 Fig.1-1 The configuration schematic of chitin and chitosan 纯净的甲壳素和壳聚糖均为白色片状或粉状固体，比重0.3，常温下能稳定存在。甲壳素分子之间存在强烈的氢键作用，使得甲壳素形成高度的结晶结构，因而甲壳素分子高度难溶。甲壳素不溶于水及绝大多数有机溶剂，也不溶于稀酸、稀浓碱，只溶于浓酸和某些溶剂。壳聚糖分子的活性基团为氨基而不是乙酰基，因而化学性质和溶解性较甲壳素有所改善，可溶于稀酸、甲酸、乙酸，但也不溶于水和绝大多数有机溶剂。由于氨基和羟基比较活泼，壳聚糖的化学性质较甲壳素活泼，可以发生多种化学反应，比如烷基化、酰基化反应等等。 1．2 壳聚糖及其衍生物产品的应用壳聚糖及其衍生物由于其可再生性、生物相容性以及结构中的多种活性基团，具有多种优良的性质，已经广泛应用于化妆品、食品、医药、农业、环保等多个行业中。 1．2．1 在环保中的应用壳聚糖及其衍生物能够通过分子中的氨基和羟基与多种金属离子形成稳定的整合物且可帮助微粒凝聚，故广泛用作化工、轻工纺织等废水处理中的吸附剂和絮凝剂。壳聚糖作为吸附剂和絮凝剂，能够有效地捕集溶液中的重金属离子和有机物，并可以抑制细菌生长，使污水变清，特别是对于汞、铬、铜、铅、钴、3n n 甲壳素壳聚糖

羧甲基壳聚糖制备方法

羧甲基壳聚糖制备方法 (1)将壳聚糖溶于稀乙酸中，用过量的丙酮沉淀，得到壳聚糖乙酸盐，转入带有搅拌的反应瓶中，加入一定量的NaOH溶液和异丙醇，边搅拌边滴加氯乙酸的异丙醇溶液，控制反应温度为70℃，反应数小时，冷却至室温，用稀酸调pH值至中性，用85%甲醇洗涤，干燥，即得羧甲基壳聚糖。[2] (2)将纯化好的壳聚糖装入带有搅拌的反应瓶中，加入一定量的20%NaOH溶液和异丙醇，在室温下搅拌60min，然后滴加氯乙酸的异丙醇溶液，在室温下反应 5h，然后用稀盐酸中和至pH值为7，用丙酮沉淀产物，过滤，用85%甲醇溶液洗涤直至无氯离子，再用无水甲醇洗涤，60℃下真空干燥，即得产品。[2] (3)将2鲍壳聚糖加到200mL正丁醇中，室温搅拌溶胀20min，分6次加入 lOmol/L NaOH溶液，每次50mL, 40min一次，最后一次加完后再搅拌40rnin，得到碱性壳聚糖，然后把24g固体氯乙酸分5次加入，5min一次，在55~75℃ 搅拌反应3h，接着加入17mL水，用冰醋酸调pH值至7，抽滤，用70%甲醇 300mL分次洗涤，抽干后，再用300mL无水乙醇分次洗涤，于60℃真空二干燥，得产品。羧甲基化反应温度分别为55℃, 60℃, 65℃, 70℃和75℃，产量分别为31. 0g,33.8g, 36.58, 34.0g和33.2g, 65℃时最高。[2] (4)把甲壳素于一定温度下在40%~60%NaOH溶液中浸泡0. 5~5h，然后边搅拌边加入氯乙酸，再在0~70℃反应0. 5~5h，碱酸质量比控制在(1.2~1.6):1，在 0-80℃保温5~36h，然后用稀盐酸中和，分离产物，用75%乙醇溶液洗涤，于60℃干燥。这个方法也可制备羧甲基壳聚糖。[2] (5) 15g壳聚糖先在50%(w/w) NaOH溶液中碱化，然后加150mL异丙醇搅拌，加入18g氯乙酸，在65℃反应2h，用酸中和，70%甲醇多次洗涤，然后溶于水中，再用丙酮沉淀，过滤，用无水乙醇反复洗涤，过滤，真空干燥，得到精制的羧甲基壳聚糖。[2] (6) 3g粉状壳聚糖悬浮于100mL浓度分别为25%, 30%, 35%,40%的NaOH溶液中，加入5g氯乙酸与冰醋酸的混合液(摩尔比为1:1)，在30℃下反应，每隔1h加入5g氯乙酸与冰醋酸的混合液搅拌反应6h，最后用盐酸中和，过滤，用甲醇反复洗涤，干燥，得产物。[2] (7) 10g壳聚糖溶于1000mL 1%乙酸溶液中，加入200mL氯乙酸钠(氯乙酸用氢氧化钠溶液中和)及50%氢氧化钠溶液150mL，室温间歇搅拌反应4h，用酸中和停止反应，离心分离沉淀，溶于碱，过滤，滤液再中和，离心分离沉淀，用甲醇洗涤，干燥，得产物。[2] (8)超声波法制备羧甲基壳聚糖，可显著缩短反应时间，提高羧甲基的取代度。将0. 5g壳聚糖与5mL异丙醇、10ml 30 %NaOH溶液混合，再加入溶于10rnl异丙醇的氯乙酸(壳聚糖与氯乙酸的质量比为1：4~5)，在三角瓶中摇荡几分钟后，置于超声波清洗器中，用水作振荡介质，调节输出功率40W，升温到60℃反应3h，之后倾去上层清液，向粘状物中加入40rnL水，充分搅拌溶解，用1000盐酸中和到pH值为7,滤去不溶物，滤液中加入适量甲醇沉淀，过滤，无水乙醇洗涤，100℃烘干，即得产物。

羧甲基壳聚糖

羧甲基壳聚糖因为有良好的水溶性、保湿性和成膜性,安全无毒并具有抗菌、抑菌、乳化稳定作用,在日化、食品、造纸、制药等方面有重要的用途。 1保鲜剂壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物,是一种天然的阳离子高分子多糖,它来源丰富,无毒无害,无污染及可降解,已广泛应用于化工、食品、化妆品、环保及医药等诸多领域。但壳聚糖仅溶于某些酸性介质,限制了其应用范围。对壳聚糖进行化学修饰即可得羧甲基壳聚糖,根据羧甲基的取代位置不同可以获得O-羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖和N,O-羧甲基壳聚糖三种产物。与壳聚糖相比,羧甲基壳聚糖在果,如水溶性、成膜性、吸湿保湿性、抗菌性、安全无毒性等,更适合于现代果蔬保鲜贮运的要求。羧甲基壳聚糖是一种天然的多糖涂膜保鲜剂,来源丰富,无毒无味,抑菌性强,在果实表面形成的膜具有很好的气体选择通透性,能有效地降低果蔬的呼吸强度和蒸腾作用,从而保持果蔬的新鲜度,延长果蔬的贮藏寿命。研究表明羧甲基壳聚糖对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草杆菌这三种常见的食品腐败菌有较强的抑制作用,其中对金黄色葡萄球菌的抑制效果最好,其最小抑制浓度为0·1%,对大肠杆菌、枯草杆菌最小抑制浓度均为0·2%。羧甲基壳聚糖对酵母菌群、黄曲酶素、黑曲霉等也有明显的抑制作用。（羧甲基壳聚糖在果蔬保鲜中的应用研究进展吴伟,林宝凤） 2对铅离子的吸附壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物其自然资源非常丰富是性能优良的金属离子吸附剂在工业废水处理贵重金属离子回收[3]等方面具有广阔的应用前景制备水溶性壳聚糖及其衍生物引入其它功能性基团改善它的溶解性及功能拓宽其应用范围是当前研究开发甲壳素和壳聚糖的重要课题羧甲基壳聚糖是壳聚糖经化学改性得到的水溶性衍生物由于羧基的引入使其结合金属离子能力大大提高可广泛应用于水处理贵重金属离子富集回收等方面进入人体健康者血铅的正常范围为0.483~1.45μmol/L当血铅含量达2.72~3.84μmol/L时即可发生铅中毒铅中毒可直接损伤人和动物的甲状腺功能还可损伤生殖细胞及降低性功能本文将初步研究羧甲基壳聚糖CMCS对铅离子吸附的基本特性以期为含铅废水的处理提供新的途径及理论依据。羧甲基壳聚糖与壳聚糖水溶性低聚壳聚糖相比对铅离子具有更强的吸附能力且吸附能力随着羧甲基取代度的增大而增大羧甲基壳聚糖吸附铅离子的行为遵循单分子层吸附机理符合动力学方程t/Qt=t/Qeq+M/KCM影响吸附过程的因素主要有时间pH值离子强度温度等为羧甲基壳聚糖在处理含铅的工业废水方面提供了一定的理论依据。（羧甲基壳聚糖对铅离子的吸附性能研究林友文陈伟罗红斌） 3降脂作用壳聚糖及其衍生物的调节血脂作用日益受到人们重视，关于降脂机制目前尚无定论。有人认为壳聚糖结构中含有氨基，作为聚阳离子可与胆酸、胆固醇结合并随粪便排出体外，能阻止消化系统吸收胆固醇和甘油三酷从而发挥降脂作用。（壳聚糖、梭甲基壳聚糖的降脂及抗氧化作用林友文林青郑景峰蒋智清） 4在农业上的应用羧甲基壳聚糖易溶于水，具有植物生理调节功能。Cuezo研究表明，用其处理番茄可提高叶片中叶绿素的含量；如用羧甲基壳聚糖处理玉米开花期的果穗和种子，可提高玉米籽粒中蛋白质的含量。玉米是低蛋白作物，因为玉米在氮代谢过程中，谷氨酰胺合成酶和谷氨酸脱氢酶往往受到抑制，NH离子补偿能力下降，使得贮藏蛋白含量较低。师素云以羧甲基壳聚糖处理玉米开花期果穗，发现发育籽粒中的谷氨酰胺合成酶、谷氨酸脱氢酶和谷丙转氨酶活性均明显增强，而蛋白水解酶活性下降，其中谷氨酰胺合成酶活性比对照组高20%以上，谷氨酸脱氢酶在处理后10、15、和25天时分别比对照组高30%、40%和50%以上，谷丙转氨酶活性高20%以上，而蛋白水解酶活性下降了30%以上；羧甲基壳聚糖对作物生长和营养代谢具有调节功能。师素云等用羧甲基壳聚糖水溶液处理玉米种子，其种子发芽率、幼苗

壳聚糖的生物相容性与安全性评价

壳聚糖的生物相容性与安全性评价医用高分子材料— 生命是人们永恒探究的课题，在漫长的求索过程中生物医用材料扮演着不可或缺的角色。有记载表明，早在古希腊时代人们就已经开始用马尾上的毛作为外科缝合线进行一些外科手术。时至今日生物医用材料已获得长足的进步，其中医用高分子材料更是被誉为医疗技术发展史上的一次飞越。在此我谨对医用高分子材料中的壳聚糖材料谈一些我个人的认识。壳聚糖学名：几丁聚糖。俗称甲壳素、甲壳胺、壳聚糖、可溶性甲壳素、脱乙酰基甲壳素、壳糖胺等。是以虾蟹壳为原料，先制得甲壳素，然后在浓碱的作用下脱去甲壳素分子中的乙酰基而得一种天然高分子化合物，在自然界中的含量仅次于纤维素。由于壳聚糖分子中含有活泼的羟基和氨基等极性基团，主链上可发生水解反应C-2位上的氨基和C-6位上的羟基可以发生乙酰化、羟乙酰化、羧甲基化、氰乙基化、硫酸酯化、氧化、黄原酸化等化学修饰。在双官能团的醛或酸酐等交联剂作用下，可进行交联反应。在r-射线或催化剂的作用下，乙烯基单位和丙烯酸类单体可与壳聚糖进行接枝共聚反应，加上它不仅具有很好的生物相容性，而且无毒、

易生物降解，使得其在医药、农业、环境、纺织、印染、造纸、催化、食品、日用化妆品等领域具有广泛的应用前景。下面我们就针对其在生物医用材料方面的应用进行讨论。首先让我们来关注《第二军医大学学报》上刊登的一则实验结果。该实验是为观察聚合物壳聚糖〔CHI〕和磷脂化壳聚糖〔PC2CHI〕涂层膜对培养的血管内皮细胞增殖和迁移及血液相容性的影响而设计的。实验者将CHI 和PC2CHI 均匀喷涂在培养皿底层制成聚合物膜,以316 L 不锈钢片做成不锈钢圆柱体槽,将猪髂动脉内皮细胞接种于聚合物膜、不锈钢槽和不做任何处理的培养皿底部(空白对照组) ,培养24 h。光镜和扫描电镜观察细胞形态,以CCK28 试剂盒测定细胞增殖,并进行细胞迁移检测。以凝固法测定健康人血液在聚合物膜上作用2 h 后的凝血活酶时间(APTT) 、凝血酶原时间(PT) 、纤维蛋白原测定( FiB ) 和凝血酶时间(TT) 。结果发现动脉内皮细胞在CHI 和PC2CHI 膜上生长良好,形态正常。培养24 h ,内皮细胞在CHI 和PC2CHI 膜上的增殖率分别达88. 8 %和77. 8 % ,存活内皮细胞数目较不锈钢片组显著增加( P < 0. 01) ;而CHI 组的存活内皮细胞数目显著高于PC2CHI 组( P <0. 01) 。培养72 h ,内皮细胞在CHI 和PC2CHI 膜上迁移细胞数均显著高于316 L 不锈钢片,PC2CHI 组较CHI 组的细胞迁移数目显著增加( P < 0. 01) 。PC2CHI 组、316 L 不锈钢片组和空白对照组的APTT 较

细胞培养法评价生物材料生物相容性研究进展_梁卫东

生物医学工程学杂志　1999∶16(1)∶86～90 J Biomed Eng 细胞培养法评价生物材料生物相容性研究进展梁卫东1　综述　石应康　审校 (华西医科大学附属第一医院胸外科,成都　610041) 内容摘要　细胞培养法检测材料生物相容性是一种快速、简便、重复性好又价廉的方法,在材料生物相容性评价中起着越来越重要的作用。由于新材料不断涌现、材料植入体内的部位及使用目的日趋繁杂、材料毒性作用的强弱以及材料与机体反应的复杂性等因素决定了细胞毒性试验中实验方法及实验细胞的多样性。根据生物材料本身的理化特性、植入体内的部位及使用目的选择适当的实验方法和实验细胞至关重要。以往对材料生物相容性的评价往往着眼于细胞的形态与数量的变化,近几年来研究材料对细胞生长、附着、增殖及代谢方面影响的报道日趋增多,并提出了以有活力的细胞数和细胞生长作为材料生物相容性评价标准的观点。通过结合免疫、化学、放射及影像学等多学科的技术发展,使人们进一步深入了解细胞结构和功能的变化关系,进而阐明材料对细胞的作用机制,是今后细胞培养法评价材料生物相容性的发展方向。关键词　生物材料　细胞培养　相容性　毒性实验 The Research of Evaluation the Compatibility of Biotic Material in Cell-cultureing Method Liang W eidong　Shi Yingkang (Department of Thoracocard iac Surgery,The First University Hospital,West Ch ina University of Med ical Science,Cheng du　610041) Abstract　It is quick co nv ienent g o od-r epea ting and cheap tha t ex amining th e bio tic ma teria l's co m-pa tibility thro ug h cell-culturing me tho d,a nd it is mo re and mor e impo r ta nt in ev alua ting the co mpa tibil-ity of bio tic material.The new ma teria l appea ring co ntinously complica ting o f th e par t and aim ma teria l be planted in the intensity of mate rial's toxic effec t the r eactio n's complica tio n o f ma terial and bio tic body,all o f these decide the va riety of ex periment method a nd cells in cell to xicity ex periment.It is ve ry impo r tant that choices the righ t ex periment method and cells a cco rding to the ma terial's charac ter the pa rt and aim the ma terial be pla nted in.The eva luatio n o f biotic ma teria l's co mpa tibility stressed o n the changing o f cell's fo rm a nd qua ntity befo r e.In recent y ears,mo re a nd mo r e repo rts a ppear about mate rial influences the g r ow th.adhesio n pro liferation and metabolizing o f cell,a nd pr esents the point that the eva luation standar d o f bio tic mate rial's co mpa tibility sho uld be set acco rding to the activ e cell's quantity a nd their g r ow https://www.wendangku.net/doc/f312938074.html, bining many subject's technological dev elo pment,such a s immuno lo gy, ch emistr y,radia tio n and shado wg raphy,th or oughly inquires the changing relatio n o f cell's structure and funtio n,further ly clarifes the material's effect on cell.It is th e dev eloping dir ec tion in the future that e-v aluates the bio tic material's co mpa tibility in cell-culturing m eth od. Key words　B io tic mate rial Cell-culturing Compatibility T oxicity ex pe riment 1现在攀钢职工总医院胸外科,攀枝花　617023

壳聚糖衍生物的抗菌性质

壳聚糖和壳聚糖衍生物的抑菌作用摘要：壳聚糖是一类有着广谱抑菌活性的天然多糖，其生物相容性好、易降解、无毒，因而作为一种可再生资源在抑菌领域受到了越来越多的关注。本文通过对壳聚糖来源、性质、壳聚糖衍生物的化学改性的方法和抑菌作用的分析，并对今后壳聚糖衍生物抑菌情况进行了初步的展望。为研制和开发新型的高抑菌活性的壳聚糖衍生物的开发提供理论参考。关键词：壳聚糖；衍生物；抑菌；机理引言壳聚糖是无毒、无污染，具有可再生、无毒副作用，生物相容性和降解性良好的天然氨基多糖。目前已被广泛应用于医药[1-2]、农业[3]、食品[4-5]等领域，并成为最近生物新材料研究的热点[6-7]。壳聚糖具有抗菌活性，对多种植物病原细菌和真菌均抑制作用[8]。但由于其不溶于水和大多数有机溶剂，只溶于稀酸，在很大程度上限制了其应用范围。壳聚糖通过化学改性，可以得到具有一定官能团的壳聚糖衍生物。与壳聚糖相比，这些衍生物的性能往往有较明显的改善。对于壳聚糖的化学修饰研究较多的有壳聚糖的酰基化、烷基化、羟基化、醛亚胺基化、硫酸酯化、羧甲基化、季铵化等，其中季铵化、羧甲基化和硫酸酯化的产物由于具有良好的水溶性而备受重视[9]。有关壳聚糖的结构修饰和构效关系的研究已成为研究热点[10],因此，研究开发具有更高抗菌活性的壳聚糖衍生物，对于改善人们的生活质量具有重要意义。 1壳聚糖的来源和性质 1.1壳聚糖的来源壳聚糖是自然界唯一的碱性天然多糖，壳聚糖的历史得追随到19世纪，当时Rouget 在甲壳素的天然聚合物中发现了其脱乙酰化的形式[11]。壳聚糖是白色或淡黄色无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体。由于其原料和制备方法的不同，其分子量也有所不同，可以从数十万到数百万不等。甲壳素在浓碱中加热处理后，就可以脱去部分乙酰基，得到壳聚糖，反应路线如下。

N-辛基-N-O-羧甲基壳聚糖制备及表面活性研究

n- 辛基-n,o- 羧甲基壳聚糖制备及表面活性研究摘要本论文以天然高分子壳聚糖为原料，对其进行化学改性，制备出了一系列取代度不同的n- 辛基-n,o-羧甲基壳聚糖基表面活性剂。通过ftir 、ea、tg等对产物进行了表征，表明成功合成了目标产物；产物的羧甲基取代度为79.4%，辛基取代度分别为 3.47%，17.11%，26.82%，辛基的引入使得壳聚糖的结晶性能下降；改性后壳聚糖溶解性增强。采用芘荧光探针法以及悬滴法分别测定了壳聚糖基表面活性剂的临界胶束浓度以及表面张力，结果表明羧甲基取代度为79.4%，辛基取代度分别为 3.47%，17.11% ，26.82%时临界胶束浓度分别为 0.7879mg/ml 、0.2609mg/ml 、0.0592mg/ml ；产物能显著降低水的表面张力，最低值为 39.2mn/m,且辛基取代的越大、临界胶束浓度越低，降低水表面张力的效率越高。。其生物官能性和相容性、安全性、血液相容性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，广泛应用于食品、化妆品、医药、农业及环保等诸方面[5] 。 1.2 壳聚糖的改性壳聚糖以其独特的生物相容性、生物降解性、抗菌性、无毒性、生物活性和物理化学性质引起人们的重视,在化工、纺织、印染、造纸和医药等领域有广泛的应用前景。然而由于分子内、分子间的氢键作用,使其呈紧密的晶态结构,所以不溶于水和大多数有机溶剂。只有当脱乙酰度为50%左右时,二次结构破坏最大,结晶度降低,才能较好地溶于水。溶解性差成为限制壳聚糖应用的主要因素因此,有必要对壳聚糖进行改性,以达到利用其生物活性和生理活性的目的。壳聚糖的分子结构中含有活性功能基：c3-oh、c6-oh、c2-nh2，特别是c2-nh2 的存在,可以通过引入功能基团,改善壳聚糖的物理化学性能,拓宽其应用范围。壳聚糖的化学改性方法有多种,其中包括：羧甲基改性、酰化改性、季铵化改性、烷基化改性、羟烷基改性、接枝反应、交联反应、偶联反应等等。本论文重点研究壳聚糖的羧甲基化改性与烷基化改性。 1.2.1 羧甲基壳聚糖羧甲基壳聚糖是以一氯乙酸为主要改性原料的重要的水溶性壳聚糖,可溶于中性、碱性和弱酸性水中,其成膜性、保湿性也十分优异,在日化、食品、医药、医用生物材料等领域中具有广泛的应用前景[6] 。羧甲基壳聚糖包括n- 羧甲基壳聚糖(n-cmc) , o- 羧甲基壳聚糖(o-cmc) 和n,o- 羧甲基壳聚糖(n,o-cmc) [7] ,可以通过选择反应物和反应条件来控制产物的类型。对壳聚糖进行羧甲基化改性可以改善壳聚糖的水溶性。黄攀等[8] 以壳聚糖、乙醛酸为原料, 制备了羧化度在25?78%勺水溶性n-cmc，并发现其在62.5卩g/ml?5000卩g/ml浓度范围内与小鼠成纤维细胞株l929 具有良好的细胞相容性。lin 等[9] 以2-羧基苯甲醛与壳聚糖通过席夫碱反应并还原得到n-苄氧羰基壳聚糖，用戊二醛交联制得ph响应性的水凝胶。柯仁怀等[10] 以甲壳素为原料,采用连续操作、不分离中间产物的方法合成了羧甲基取代度为 1.08 的水溶性n,o- 羧甲基壳聚糖,并通过重构插层法制备羧甲基壳聚糖/mg2al 双层氢氧化物复合物。除此之外,羧甲基壳聚糖亦能应用于其他领域,例如絮凝剂、抗菌剂、药物载体等。刘红娅等[13] 以甲壳素为原料采用两步微波法制备了o- 羧甲基壳聚糖,产物具有良好的絮凝性能, 可作为处理模拟染料废水及实际印染废水的絮凝剂。ramchandra 等[14] 制备了n,o- 羧甲基壳聚糖与锌的络合物以及壳聚糖与锌的络合物,并用革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌做了抗菌性能测试,结果表明n,o- 羧甲基壳聚糖与锌的络合物的抗菌性要优于壳聚糖与锌的络合物。 anitha等[15]利用离子交联法用tpp和cacl2制备了壳聚糖、o-羧甲基壳聚糖和n,o-羧甲基壳聚糖纳米粒,并对材料的细胞毒性和抗菌性进行了检测,结果表明三种材料对乳腺癌细胞的毒性很小, 而n,o- 羧甲基壳聚糖纳米粒拥有三者中最强的抗菌性。目前羧甲基壳聚糖的制备工艺已经相当成熟。riccardo 等［16］用乙醛酸和壳聚糖通过席夫碱反应以及硼氢化钠还原反映制备出不同取代度的n-cmc。张贵芹等［17］以壳聚糖与氯乙酸在氢氧化钾-异丙醇介质中，在壳聚糖与氯乙酸、氢氧化钾与氯乙酸质量比分别在2:1 及 2.3:1 时，室温下反应 5 h 制到取代度较高的o-cmc。

I型胶原-壳聚糖复合材料生物相容性研究共11页文档

I型胶原-壳聚糖复合材料的生物相容性研究1 张永强1任志鹏1杨自权1*孙晓丹2卫小春1* 1山西医科大学第二医院骨科骨与软组织损伤修复山西省重点实验室 030001 2清华大学材料工程学院【摘要】目的评价I型胶原-壳聚糖复合材料作为组织工程支架材料的生物相容性。方法体外培养兔骨髓间充质干细胞（BMSCs），采用四甲基偶氮唑盐（MTT）比色法检测不同分组的BMSCs生长情况，酶标仪测吸光度值（OD），计算细胞相对增值率（RGR％）；利用材料浸提液与兔新鲜血混合观察红细胞溶解情况，评价材料细胞生物相容性。结果空白组（A组），50％浓度组（B 组）和100％浓度组（C组）BMSCs均生长良好，并于1、3、5天逐渐增殖，阳性对照组（D组）细胞于第１天开始变圆、皱缩，3天和5天均皱缩死亡。A、B、C三组细胞在第1、3、5天各组吸光度值无显著差异（P>0.05），但均与Ｄ组有明显统计学差异（P<0.05）。材料相对溶血率为4.1％。结论I型胶原-壳聚糖复合材料无明显细胞毒性，有良好的生物相容性。【关键词】胶原-壳聚糖材料；细胞毒性试验；溶血试验Biocompatibility researches of type I collagen - chitosan scaffold Zhang yongqiang1, Ren zhipeng1, Yang ziquan1*et al.1 Department of Orthopedics,the second hospital of Shanxi Medical University,bone and soft tissue healing Key Laboratory of Shanxi Province; 1基金项目：国家自然基金项目(30973048)；科技部国际合作重点项目（2008GR0403）；国家人力资源与社会保障部2009年度留学回国人员科技活动择优资助项目作者简介：张永强（1985-），男，在读硕士研究生，研究方向为关节软骨的损伤与修复 *通讯作者：杨自权（1972-），男，副主任医师，硕士研究生导师，e-mail: yzqonline@https://www.wendangku.net/doc/f312938074.html, 卫小春（1951-），男，主任医师，博士研究生导师，硕士研究生导师,e-mail:weixiaochun06@https://www.wendangku.net/doc/f312938074.html,

不同取代羧甲基壳聚糖的制备及其结构测定

不同取代羧甲基壳聚糖的制备及其结构测定 * 陈浩凡潘仕荣王琴梅中山大学附属第一医院人工心脏研究室,广州　510089 摘要　目的　制备不同取代的羧甲基壳聚糖并测定其结构。方法　通过不同反应条件得到不同位置取代和取代度的羧甲基壳聚糖,并用物理和化学方法进行分子结构表征。结果　在O 位和(或)N 位发生了羧甲基化反应,产物为不同取代度的N ,O-羧甲基壳聚糖(N ,O -CM C),N -羧甲基壳聚糖(N -CM C)和O-羧甲基壳聚糖(O-CM C)。结论　胶体滴定法是测定羧甲基壳聚糖取代度的优选方法;壳聚糖羧甲基化后水溶性极大地改善,应用前景广泛。关键词　羧甲基壳聚糖;　取代度;　电位滴定法;　胶体滴定法中图法分类号　R318.08 S ynthesis of Carboxymethyl Chitosan and Determination of Substitution Degree Chen Haofan ,Pan Shirong ,Wang Qinm ei T he First H osp ital Af f iliated to Sun Yat -sen University of M ed ical Sciences ,Guangz hou 510089Abstract Objective T o prepare and determine carbox ymethyl chitosan w ith different substitution .Methods A series of carboxy methy l chitosan having various degrees and positions of substitution w ere ob-tained by controlling reaction conditions,and characterized by chemical and physical methods.Results Car-boxy methylation occurred at hydrox yl groups and (or)amino group.The products of N,O-carbox ymethyl chi-tosan (N ,O -CM C )with different degree of substitution ,N -carboxym ethyl (N -CMC )and O -carboxym ethyl (O-CM C)were obtained.Conclusion Colloid titration is the optimized method to determine substitution de-gree of carboxym ethyl chitosan.T he product has superior w ater-soluble property and broad prospect of applica-tion . Key words carboxym ethy l chitosan ;　substitution degree ;　electrolytic titration ;　colloid titration * 　广东省自然科学基金资助项目(No .20001398)和广东省科技攻关项目(N o.K B02902G )陈浩凡,男,1972年生,博士研究生甲壳素(chitin )大量存在于甲壳动物(如蟹、虾)的甲壳中,是地球上数量最多的含氮有机物。由于甲壳素不溶于普通溶剂,故难以应用。壳聚糖(chitosan)是甲壳素的N-脱乙酰基产物,能溶于酸性溶液,与人体细胞有很强的亲和性和相容性,并具有良好的吸湿性、纺丝性和成膜性,且无毒副作用,因而成为优良的生物医学材料。羧甲基壳聚糖(carbox ymethyl chitosan ,CM C )是壳聚糖羧甲基化后的产物,由于它既保留了壳聚糖的优点,又极大地改善了水溶性,因而具有更广泛的用途,在众多甲壳素衍生物中,倍受关注。取代度是壳聚糖在生产、研究和应用中一个重要的技术指标。壳聚糖分子C 2氨基上的氢原子、C 3和C 6羟基上的氢原子均可以被羧甲基取代,但以医用材料为标准,研究不同取代位置、取代度羧甲基壳聚糖的制备,并对其结构进行测定,目前尚缺少系统报道。本实验以甲壳素和壳聚糖为原料,合成N ,O -羧甲基壳聚糖(N ,O-CMC),N-羧甲基壳聚糖(N-CMC)和O-羧甲基壳聚糖(O-CMC),通过物理和化学方法,测定不同取代羧甲基壳聚糖的分子量、取代位置、取代度及其结构特征,为研究其结构与防止手术后粘连作用之间的构效关系奠定基础并提供有关技术参数。1　材料和方法 1.1　材料和仪器甲壳素和壳聚糖(脱乙酰度87%,江苏南通双林生物制品有限公司);乙醛酸(德国Merk - 第32卷第2期第152页2003年4月华中科技大学学报(医学版) J Huazhong U niv Sci T ech [Heal th Sci]Vol.32　No.2　P.152 Apr.2003

羧甲基壳聚糖衍生物的制备

羧甲基壳聚糖衍生物的制备 1、实验原理壳聚糖是由氨基-D-葡萄糖单体通过β-1,4-糖苷键连接起来的直链糖，是天然多糖中惟一的碱性多糖，具有许多特殊的物理化学性质和生理功能。但壳聚糖只能溶于一些稀酸中，不能直接溶于水中，这在很大程度上限制了它的应用。因此，对壳聚糖进行化学改性，提高其溶解性能，尤其是水溶性，对拓展壳聚糖的应用领域具有重要意义。壳聚糖的化学改性是壳聚糖研究的一个重要领域，旨在通过在壳聚糖的-NH 2和-OH 上引入新的官能团而改善其溶解性及其他物理化学及生物学性能。壳聚糖的改性研究较多的有：酰基化、烷基化、羧基化、羟基化、接枝共聚、季铵盐化等。在迄今所报道的600余种壳聚糖衍生物中，羧甲基壳聚糖（Carboxymethyl chitosan ，CMC ）是研究较多的一种，是壳聚糖最重要的的衍生物之一。CMC 在日化、食品、造纸、医药、化妆品等方面都有着重要的用途，此类衍生物具有良好的水溶性、表面活性、成膜性、吸湿保湿性、安全无毒性、抗菌、抗氧化等生物性能，在化妆品、食品、生物医药等方面呈现出广阔的应用前景。羧甲基壳聚糖反应方程式如下： O CH 2OH OH NH 2H O n 2COOH O CH 2OH OH NHCH 2COONa H O n Et 3N 壳聚糖分子中的氨基和氯乙酸发生取代反应，得到N-羧甲基壳聚糖，三乙胺的作用为吸收反应释放的盐酸，促进反应的发生。 2、实验药品和玻璃仪器壳聚糖，氯乙酸、氢氧化钠、异丙醇、乙醇、醋酸等；三口瓶、回流冷凝管、恒温加热搅拌器等。 3、实验内容 3.1 N-羧甲基化反应在烧杯中把8g 氯乙酸[1]溶解在30ml 水中，氢氧化钠溶解在20ml 水中，在半个小时内磁力搅拌下，用胶头滴管把氢氧化钠溶液滴加到氯乙酸的水溶液中，使溶液的pH 调到8[2]，滴加完后，把混合溶液和2g 壳聚糖放人三口烧瓶中，然后加入2ml 缚酸剂三乙胺，升温到90度，水浴回流，磁力搅拌反应3h-4h 。反应结束后，向烧瓶中加入50ml 水[3]，转入烧杯中，磁力搅拌下用碱液调节溶液的pH 到7-8[4]，然后离心分离除去不溶物，离心后的清液倒入烧杯中，慢慢加入二倍量的乙醇，沉淀[5]，并磁力搅拌洗涤5分钟，产品抽滤，滤渣用乙醇水混合溶剂洗涤10分钟[6]，抽滤，最后用无水乙醇洗涤10分钟[7]，105度烘干。四、实验注释 [1] 氯乙酸为强烈的腐蚀性产品，称量时应小心。 [2] 氢氧化钠的量应计算好。 [3] 加水的目的充分溶解水溶性的羧甲基壳聚糖。 [4] 可以采用10%氢氧化钠调节，注意混合溶液的pH 应慢慢调。 [5] 加入乙醇的目的为破坏羧甲基壳聚糖在水中的溶解度，有利于羧甲基壳聚糖的析出。 [6] 乙醇和水的比例为8：2，可以把混合溶剂倒入烧杯中，放入羧甲基壳聚糖产品，磁力搅拌10分钟，目的为除去沉淀产品中夹杂的无机盐等杂质。

MS软件在羧甲基壳聚糖水凝胶制备中的应用

MS软件在羧甲基/壳聚糖水凝胶制备中的应用在自然界中，多糖分布极为广泛，它是一种天然的聚合物，具有独特的结构和特殊的特性，多糖物质在人们的生活的各个方面发挥着重要的作用。甲壳素（chitin)是一种碱性多糖，也是地球上第二大天然再生资源（纤维素的含量第一），其分布广泛，存在于甲壳动物（如虾、蟹等的外壳）、藻类等低等植物及微生物（菌类的细胞壁）中。甲壳素的C-2位的羟基被乙酰基取代，同植物纤维素的结构相似，它在地球上的含量极为丰富，每年自然界的生成量可多达1000亿吨。甲壳素呈无定形的白色或淡黄色固体粉末，按其来源不同，分为α和β两种构型，其分子链以螺旋形式平行排列，分子中有大量的乙酰基和羟基，分子内氢键作用较强，具有十分紧密的晶体结构，不溶于烯酸、碱、水和一般的有机溶剂，只能溶解于强酸以及少数有机溶剂中。甲壳素为N-乙酰-D-葡萄糖胺的聚糖，其结构式为：由于其良好的生物相容性、低毒性，对酶的敏感性，在用作制备水凝胶材料方面，引起人们广泛的兴趣。在这些高分子中，多糖还具有其独特的优点，如无免疫原性，无传播动物源病菌的潜在危险性等。其中的一个多糖就是壳聚糖。壳聚糖（chitosan)是由2-乙酰氨基葡萄糖和2-氨基葡萄糖和通过β-1,4糖苷键连接而成，结构与纤维素类似，其化学结构式为：甲壳素在强碱性环境下，可通过脱乙酰而得到壳聚糖，壳聚糖是甲壳素最为重要的衍生物。壳聚糖具有其他天然高分子材料的优点，又不会引发免疫反应。壳聚糖（CS）不同于其他多糖，其分子结构中存在氨基，可被质子化，能形成聚电

解质络合物。壳聚糖是一种无毒、可生物降解、具有良好的生物相容性及良好的生物粘附性的天然高分子材料，在生物医药，环境工程以及生物技术领域都有广泛的应用，使之成为药物控制释放领域中的理想载体。将壳聚糖羧甲基化，可制备得到水溶性很好的羧甲基壳聚糖(CMCS)，一方面羧基的引入极大提高了壳聚糖在水中的溶解性，另一方面，羧甲基壳聚糖分子中既含有氨基又含有羧基，是一种两性高分子聚合物，应用比壳聚糖更加广泛。甲醛、戊二醛、马来酸酐、钙离子等常用来作为制备壳聚糖系水凝胶的交联剂。但甲醛、戊二醛等的毒性较大，这影响了水凝胶在生物医药领域中的应用。而经钙离子交联得到的水凝胶机械性能较差，而且容易与体内的阳离子(如钠离子等)发生离子交换，使水凝胶迅速崩解，从而使凝胶中负载的药物快速释放，影响药物的缓释效果。 1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)是一种无毒的肽键缩合剂，本身并没有成为交联的一部分，常作为氨基和羧基的交联。为了避免有毒的交联剂的使用，拓宽羧甲基壳聚糖在生物医药领域的应用，所以本研究以水溶性好的羧甲基壳聚糖(CMCS)为原料，以EDC为交联剂，制备得到新型的EDC/羧甲基壳聚水凝胶。水凝胶是由带有亲水性基团(—COOH、—OH、—CONH2)的水溶性单体通过聚合反应并以物理或化学交联的方式所形成的具有三维网络结构的高分子聚合物。水凝胶能显著地溶胀与水中或者生物体液中溶胀并能保持大量水分而不被溶解。近年来，智能水凝胶引起了科研者的大量关注，因为智能水凝胶能够感知周围环境如温度、磁场、电场、pH、离子强度等刺激的微小变化并对环境刺激产生响应特性。水凝胶的响应性能是通过凝胶的可逆体积相变来实现的，并使它在传感器、人造肌肉、药物控制释放、组织工程、催化体系、酶的固定等方面具有广阔的应用前景。由于传统的给药方式有口服和注射等，使治疗药物的毒性不仅存在于肿瘤部位，而且会散布于身体的各个部位，对正常身体部位产生一定程度的损伤。同时由于药物浓度在体内广泛分布，到达肿瘤部位的药物浓度就会变小，可能导致其低于药物的治疗浓度，以致使它达不到应有的效果。温敏性载药水凝胶可以对药物的释放起到一定的缓释作用，使药物释放变得缓慢；也可以根据病变部位与正常组织不同而识别病变器官，从而有选择性地进攻，使药物浓度更有效地分布，

生物相容性概念

一、生物相容性概念 1、生物相容性是生物医用材料与人体之间相互作用产生各种复杂的生物、物理、化学反应的一种概念。 2、生物相容性是生物材料研究中始终贯穿的主题。按ISO会议的解释: 生物相容性是指生命体组织对非活性材料产生反应的一种性能。一般是指材料与宿主之间的相容性, 包括组织相容性和血液相容性。二、生物相容性两大原则 1、生物安全性原则 2、生物功能性原则三、生物安全性原则 1、生物安全性原则目的在于消除生物材料对人体器官的破坏性,比如细胞毒性和致癌性 2、生物材料对于宿主是异物．在体内必定会产生某种应答或出现排异现象。生物材料如果要成功．至少要使发生的反应被宿主接受，不产生有害作用。因此要对生物材料进行生物安全性评价，即生物学评价。四、生物功能性准则 1、是指其在特殊应用中“能够激发宿主恰当地应答”的能力。 2、随着对生物材料生物相容性的深入研究，人们发现不仅要对生物材料的毒副作用要进行评价，还要进一步评价生物材料对生物功能的影响。五、生物学反应；血液反应、免疫反应、组织反应 1、血液反应血小板血栓凝血系统激活纤溶系统激活溶血反应白细胞反应细胞因子反应蛋白黏附 2、免疫反应补体系统激活体液免疫反应细胞免疫反应 3、组织反应炎症反应细胞黏附细胞增值形成囊膜

细胞质的转变六、材料反应：物理性质变化、化学性质变化 1、引起生物医用材料变化的因素生理活动中骨骼、关节、肌肉的力学性动态运动；细胞生物电、磁场和电解、氧化作用；新陈代谢过程中生物化学和酶催化反应；细胞黏附吞噬作用；体液中各种酶、细胞因子、蛋白质、氨基酸、多肽、自由基对材料的生物降解作用。 2、引起生物体反应的因素材料中残留有毒性的低分子物质；材料聚合过程残留有毒性、刺激性的单体；材料及制品在灭菌过程中吸附了化学毒剂和高温引发的裂解产物；材料和制品的形状、大小、表面光滑程度；材料的酸碱度七、生物相容性分类：血液相容性、组织相容性（一般生物相容性） 1、血液相容性：材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考察与血液的相互作用； 2、组织相容性：材料与心血管系统外的组织和器官接触，主要考察与组织的相互作用。 3、血液相容性要求：抗血小板血栓形成；抗凝血性；抗溶血性；抗白细胞减少性；抗补体系统抗进性；抗血浆蛋白吸附性；抗细胞因子吸附性. 4、组织相容性要求细胞黏附性；无抑制细胞生长性；细胞激活性；抗细胞原生质变化性；抗炎症性；无抗原性；无诱变性；无致癌性；无致畸性。八、1、组织相容性的两个问题：生物医用材料与炎症；生物医用材料与肿瘤。 2、血液相容性的两个问题：生物医用材料与血小板；生物医用材料与补体系统。九、造成细菌性感染的原因有以下几点：