甲壳素研究进展与展望

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1、1前言甲壳素研究进展与展望杜予民(武汉大学化学与环境科学学院，武汉430072)甲壳素(Chitin)3／．叫甲壳质、几丁质。甲壳袭是由l一4连接2-乙酰氨摹一2一脱氧一争D一吡晡葡萄糖和2一氨基一2一脱氧一pD吡喃葡萄糖线性二元共聚物组成．其结构式为l它广泛存在于微生物、酵母、蘑菇的细胞壁中，昆虫的表皮、乌贼、贝壳等软体动物骨骼内．尤其是虾子、螃蟹等甲壳类的甲壳寓含1／4'?-,1／a的甲壳素．每年其生物合成量约为100亿吨，产量仅次于纤维索。是地球上第二大再生资源，其中海洋生物的生成置为lo亿吨以上

2、。据最近报道，南极磷虾是地球上数量最多、繁衍最成功的单种生物资源之一，其生物量每年为6．5～10亿吨，已引起人们利用磷虾的巨大兴趣。甲壳紊也是自然界除蛋白质外数量最大的含氮天然有机高分子。由于海洋、江河、湖沼的封(豳，海底陆地的土壤圈，以及动植物的生物圈中的甲壳素酶、溶菌酶、壳聚糖酶等将其完全生物降解，参与生态体系的碳和氮源循环，它在地球环境和生态保护系统中起着置要的调控协同作用。2甲壳素分子特征甲壳素糖基上的乙酰基可用强碱水解或酶解法脱去，这种脱乙酰甲壳素，就是壳聚糖(Chitosan)。它能溶于低酸

3、度水溶液中，所以也叫可溶性甲壳素。壳聚糖因其独特的分子结构，是天然多糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖。2．1生理适应性甲壳索壳聚糖在生物活体中的响应，以及存留于生物京统期间所引起的活体体系的反应，也就是通常所说的材料反应和宿主反应均能很好保持在可接受的水平。因此，甲壳素具有特有的动植物组织和器官生理适应性、安全性。2．2可完全分解性通过土壤填埋，不同菌株平皿培养试验(尤其是由甲壳素酶、壳聚糖酶和溶菌酶等)和生物降解率测定表明，甲壳素壳聚糖是能被完全降船的物质，对于一种理想的生物降解材料是要求具有优异使用性

4、能、成本低廉、废弃后可完全分解并参与生态体系的自然循环。2．3多功能反应性甲壳素壳聚糖分子中含有羟基、乙酰氨基和氯基．可进行多功能基化学反应。大的分子量、多变的配位数和晶体形态，能形成金属络合物，高分子离子复合物、亲和复合物，可得到系列不同优异性能的衍生物。2．4立体结构与手征性甲壳素存在着a、B、7三种晶型．其分子链是以螺旋形存在。a，口一甲壳素经化学处理可相互转换，并显示出不同的性能．分子不对称性在生命科学中起着极为关键的作用。因为许多主要的生物学活性是通过严格的手性匹配产生分子识别而实现的。生物体

5、中甲壳紊属于D一型手性多糖。2．5可再生性与亲水性甲壳素在自然界中的生成量非常丰富，分布面广。它和石油、煤炭不同的是可以继代增殖。地球上太阳能是能量流动源泉，利用太阳能进行光合作用提供的生物量，其中森林占44％，农作物6％，海洋生物35％。自然界就是靠动物、植物和微生物之间的生态平衡使生物繁衍生息，并不断提供生物资源。由于甲壳紊／壳聚糖分子含有多个羟基的特征通常显示其亲水性。3研究进展近廿多年来，甲壳素研究与开发主要是围绕不同分子量氨基葡萄糖及其衍生物的制备应用与其分子表征而展开的，如下图所示：不同分子

6、量氨基葡萄糖及其衍生物与开发应用的相关性分子量大致范围功能与用途大分子>105拉丝、成膜、吸附荆、载休、功能材料中分子103～10‘免疫调节、抑制细菌、生物农药小分子<103调节体液pH、促双垃杆菌生长、活关节炎、抑制肿瘤、降血脂单分子有待进一步探索根据上述主线，本文简述近年来甲壳紊的一些主要研究进展。3．1生物医用和环境友好功能材料甲壳素生物医用和环境友好功能材料，是近些年来发展起来的一种高新技术材料。它主要用于诊断、治疗和替换人体组织、器官或增进其功能的作用。具有广阔的发展前景和市场。我国生物医用材

7、料的发展还处于起步阶段，与先进国家相比，还有相当差距。我国生物医用材料和制品所占世界市场份额还不到1％，而且在技术含量的档次上也较低。自1995年以来，国外产品每年以200一500％的年增长率涌入我国市场。为适应科学与社会的发展，迎接新的挑战，近年来我国在一些重要方面取得了显著进展。吸收性手术缝合线、防止组织粘连材料、人工韧带、．KT骨和止血材料、人造皮肤、医用敷料、药物缓释剂等，上海、青岛、安徽等都有很好的基础。其中医用敷料是外科治疗的一种创面保护覆盖材料，具有良好的吸附创面挤出的血清蛋白，刺激自身皮

8、肤细胞生长．加快伤

9、口愈合，减轻伤El疼痛等功能，该产品现已在上海年产50吨规模进行产业化生产。甲壳素——碳纤维人工硬脑膜，已用于临床治疗硬脑膜破损修补三百余例，疗效满意，属国内首创，已申请国家专利．用壳聚糖与有机酸共混制成可食包装薄膜，能用标准的包装设备和热封设备进行包装。具有质地优、透明度高和抗菌性良好的特点。可用于切片水果或去皮水果的保鲜包装。另外它还可以用来包装快餐面、快餐饭、调味品等，并可以直接放入锅中烧煮，而不需要将包装纸除去。