多糖

多糖的制备、结构、改性、及其应用目录CONTENTS研究背景01多糖种类02透明质酸05壳聚糖03纤维素04研究背景研究背景41、材料必须符合生理要求2、具有良好的生物稳定性和生物活性3、材料的溶出物及可渗物无毒4、良好的力学性能5、便于灭菌和消毒6、易于加工多糖是有于许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而成的天然高分子化合物，天然多糖高分子材料具有良好的生物相容性和安全性，因此广泛应用于生物材料领域。生物医用高分子材料直接与生物系统相互作用，因此这类材料除具有医疗功能之外，更应对人体健康无害。因此，生物医用高分子材料在临床上需要达到以下要求：多糖种类多糖种类介绍601植物多糖，如纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等。02动物多糖，如甲壳素、壳聚糖、肝素、硫软骨素等。03琼脂多糖，如琼脂、海藻酸、角叉藻聚糖等。04菌类多糖，如D-葡聚糖、D-半乳聚糖、甘露聚糖等。壳聚糖8甲壳素分布广泛甲壳素广泛分布于真菌(如酵母、霉菌)细胞壁、昆虫(如鞘翅目、双翅目)和甲壳纲(如虾、蟹)外壳中。壳聚糖生物相容性良好壳聚糖的结构和性质与人体细胞外基质氨基葡聚糖相似，在溶菌酶作用下降解产物葡糖胺可进入酸性黏多糖和糖蛋白代谢途径，因而生物相容性好、无毒副作用和热源反应。壳聚糖应用广泛壳聚糖容易成膜且具有良好的黏附性、通透性及抗拉强度，极易加工成各种形态，可用作药物或基因载体、防黏连材料、细胞支架、手术缝合线、人工皮肤、创伤敷料及抗凝剂等。壳聚糖的概述壳聚糖的制备、结构、改性以及研究的进展壳聚糖的制备目前工业上生产甲壳素的主要原料是虾蟹壳。虾壳和蟹壳的主要成分是碳酸钙、蛋白质、甲壳素以及少量色素，因此，甲壳素的提取过程也就是甲壳质与无机盐和粗蛋白分离的过程。甲壳素和壳聚糖的制备方法比较简单，工艺已很成熟。采用虾或蟹壳，经清洗后浸酸脱钙，再用碱液脱除蛋白即得到甲壳素。继续以浓碱去乙酰基则可得到壳聚糖。壳聚糖的制备、结构、改性以及研究的进展壳聚糖的制备、结构、改性以及研究的进展10壳聚糖是甲壳素脱去部分乙酰基后的产物。壳聚糖同时含有羟基和氨基，可通过一系列反应生成各种不同结构和不同性能的衍生物。壳聚糖的结构壳聚糖的制备、结构、改性以及研究的进展11医用纤维用甲壳质、壳聚糖纤维制成的手术缝合线已应用于临床。与传统的羊肠线相比，用壳聚糖制成的吸收型外科手术缝合线材料柔软，有更良好的机械性能与生物相容性止血海绵用壳聚糖制成止血海绵，有消炎作用，伤口愈合速度提高75%。经壳聚糖溶液处理后的纱布在伤口愈合之后纱布不黏连，甚至不留痕迹。眼科敷料在动物实验中发现壳聚糖与动物的眼膜相容性良好，而且能够生成较多的成胶原和成纤细胞，有利于眼疾治疗。壳聚糖的应用壳聚糖的制备、结构、改性以及研究的进展12化学改性物理改性生物改性通过诸如羧甲基化、烷基化、酰化等化学反应改变壳聚糖的物理、化学性质。是目前壳聚糖改性的主要方法。壳聚糖的生物改性以生物酶法改性为主。利用生物酶的催化作用，将具有特定功能的化合物接枝到壳聚糖上得到新特性的壳聚糖衍生物。壳聚糖的改性物理改性以聚电解质复合法为主。壳聚糖是聚阳离子聚合物,在各种生物流体中可与酸性蛋白质形成聚电解质复合物，也可与葡糖胺多糖可形成聚电解质复合物。13壳聚糖的制备、结构、改性以及研究的进展交联改性酰化改性壳聚糖的改性通过导入不同相对分子质量的脂肪族或芳香族酰基，所得的产物在有机溶剂中的溶解度可大大提高。酰化反应可在羟基上也可在氨基上进行。下图为壳聚糖的邻苯二甲酰化，用甲磺酸作为溶剂和催化剂，其反应过程如下式所示。反应得到的产物(4)和(5)可溶于一般的有机溶剂中，产物(5)甚至可溶于二氯甲烷和二氯乙烷等低沸点溶剂中，更适于糖基化反应。14壳聚糖的制备、结构、改性以及研究的进展与环氧化合物反应壳聚糖的改性甲壳素、壳聚糖的碱性溶液与环氧乙烷或2-氯乙醇反应可得到羟乙基化衍生物，如下式所示。得到的羟乙基化衍生物可溶于水。此外，合适的环氧化合物（如缩水甘油、缩水甘油基盐酸三甲胺）均可与壳聚糖反应生成水溶性的壳聚糖。反应为亲核取代机制，2位的氨基是主要的亲核剂，羟基在某种程度上也参与了亲核取代反应。15壳聚糖的制备、结构、改性以及研究的进展羧甲基化反应壳聚糖的改性在碱性条件下，甲壳素与氯乙酸反应得到羧甲基化的甲壳素。由于此反应过程中伴随脱乙酰化及降解反应，因此产物中有相当数量的氨基存在，最后得到可溶于水的两性聚电解质产物。利用氨基与醛基反应生成席夫碱的性质，选择分子结构中含有羧基、羟基等亲水性基团的醛，也可实现羧甲基化反应典型的例子，如下式。壳聚糖的制备、结构、改性以及研究的进展16近年来,随着大量研究者对壳聚糖及其各种衍生物的研究,其功能及相关应用不断被发现，壳聚糖在制药领域中诸如制备载药微球、缓释药物、载体、抗菌、功能性药物、絮凝剂、制作手术缝合线、能吸附和络合重金属并排出体外等方面都有丰富的应用。壳聚糖的研究进展纤维素纤维素的制备、结构、改性以及研究的进展18纤维素属于均一多糖，是植物细胞壁的主要成分，不溶于水，溶于浓盐酸和浓硫酸，是地球上含量最丰富的天然有机物，也是用作生物材料最多的多糖。占植物界碳含量的50%以上。纤维素一般在医疗业常被用作医用可吸收止血纱布，用于血液透析和过滤的各种医用膜以及各种导管、插管和分流管等。纤维素的制备、结构、改性以及研究的进展19棉花为天然的最纯纤维素来源，纤维素含量接近100%。此外，纤维素还可来源于木材、麻、麦杆、稻草、甘蔗渣等。纤维素用酸水解后，只得到葡萄糖。纤维素具有高度有序的结晶区，很难溶解，限制了纤维素的深加工和应用。到目前为止，能溶解各种纤维素溶剂，大致分为三类：无机溶剂、有机溶剂和离子液体。利用有机溶剂溶解纤维素在进行提纯是制备纤维素的可靠方法。纤维素的制备纤维素的制备、结构、改性以及研究的进展20纤维素是D-葡萄糖以β-1，4糖苷键组成的大分子多糖，分子量约50000～2500000，相当于300～15000个葡萄糖基。由于天然纤维素的聚集态结构特点及其分子间和分子内存在着很多氢键和较高的结晶度，因此不能一般溶剂中溶解，也缺乏热可塑性,并且耐化学腐蚀性、强度都比较差，这对其成型、加工，和应用都极为不利，致使其应用受到许多限制。纤维素的结构纤维素的制备、结构、改性以及研究的进展21物理改性通过机械粉碎、润胀、复合化、表面吸附等处理使其物理形态发生变化，赋予其新的性质和功能。只是改变了纤维的结构和表面性能，使纤维素性质发生很大变化，产生新的功能。化学改性主要依靠与纤维素羟基有关的反应来完成的，包括氧化、酯化、醚化、接枝共聚反应等，反应过程也称为纤维素衍生化。生物改性利用酶的作用处理纤维素，局部水解、氧化、表面吸附等。主要应用于造纸行业。利用的酶主要是纤维素酶和半纤维素酶。纤维素的改性纤维素的制备、结构、改性以及研究的进展22改性纤维素技术及其应用越来越受到重视以可再生天然纤维素为主体的改性纤维素的开发利用也符合可持续发展与环境友好的目标国外已经延伸至高附加值的药物缓释领域因此，纤维素改性技术的应用前景广阔。具体领域应用好需进一一步深入纤维素的研究进展透明质酸透明质酸的制备、结构、改性以及研究的进展24D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺组成的双糖单位玻尿酸（Hyaluronan），又称糖醛酸、透明质酸，基本结构是由两个双糖单位D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺组成的大型多糖类。它的透明质分子能携带500倍以上的水分，为当今所公认的最佳保湿成分，广泛的应用在保养品和化妆品中。透明质酸的结构透明质酸是一种高分子的聚合物。是由单位D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺组成的高级多糖。D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺之间由β-1,3-配糖键相连，双糖单位之间由β-1,4-配糖键相连。双糖单位可达25000之多。在体内透明质酸的分子量从5千到2千万道尔。分子式：（C14H21NO11）n透明质酸的制备、结构、改性以及研究的进展2501以动物组织为原料的提取法和细菌发酵法透明质酸在动物组织中的分布较为广泛，几乎所有的动物组织中均含有透明质酸，只是含量不同。已从下列组织中分离出了透明质酸:结缔组织、脐带、皮肤、人血清、鸡冠、关节滑液、脑、软骨、眼玻璃体、人尿、鸡胚、兔卵细胞、动脉和静脉等，但考虑到原料透明质酸含量的高低、数量的多少和易于取得的程度等成本因素，能够用于生产的原料主要为鸡冠、人脐带和动物眼球。02细菌发酵法细菌发酵法是利用某些种属的链球菌，在生长繁殖过程中，向胞外分泌以透明质酸为主要成分的荚膜。细菌发酵法与动物组织提法相比，具有生产规模不受动物原料限制，发酵液中透明质酸以游离状态存在，易于分离纯化，成本低，易于形成规模化工业生产,无动物来源的致病病毒污染的危险等优点。透明质酸无种属差异，不同动物组织提取的及不同菌种发酵生产的透明质酸，在化学本质和分子结构_上是一致的,只是相对分子质量(Mr)有差别。透明质酸的制备26接枝改性复合改性透明质酸的制备、结构、改性以及研究的进展交联改性酯化改性透明质酸的改性交联是在含有相关官能团的交联剂存在的条件下,使分子之间发生部分交联或者完全交联,形成分子网状结构,且交联度可以控制。天然高分子HA:很难满足临床上许多特殊情况所要求的流变学性能和粘弹特性,因此常将其进行交联,使HA分子链增长，平均分子量增大,粘弹性增强,水溶性相对减弱,提高其机械强度,延长其降解时间[6等。20世纪80年代以来人们一直致力于研究用于注射、移植、药物载体的HA及其衍生物门,开发了HA流体和HA凝胶两种交联形式,广泛研究了其生物活性及其在医学的应用。从HA结构来看能够参与交联反应的主要有羟基交联、羧基交联等27透明质酸的制备、结构、改性以及研究的进展交联改性酯化改性透明质酸的改性接枝改性酯化改性的方式主要有：羟基酯化、羧基酯化、内部酯化内部酯化衍生物是由透明质酸的羟基和羧基之间以分子内和分子间键结合得到的。将HA溶于二甲基亚砜(DMSO)中,用三乙胺对HA进行预处理,使其转化为[R4N]*HA,再用2-氯-1-甲基碘代吡啶做交联剂,使HA发生内部酯化，形成分子内键和分子间键,注人NaCl溶液搅拌,丙酮洗涤沉淀,得到HA内酯衍生物,可减少腹部手术和妇产科手术后的粘连;作为支架用于组织损伤的细胞生长修复;皮下移植会产生软骨和骨的再生重建。HA可以接枝到天然或合成聚合物上,形成具有生物机械性能和物理化学性质改变的新型材料。此外,HA还可以接枝到脂质体表面,提供靶向和遮蔽作用。28复合改性透明质酸的制备、结构、改性以及研究的进展透明质酸的改性HA为非抗原性,与其它材料复合,具有多重生物活性,不会引发炎症和异体排斥反应。与胶原、壳聚糖以及聚乳酸的符合都是常见的符合改性的方式。透明质酸的研究进展HA改性方法简单易行,一般在室温下进行,反应条件容易控制,其交联和系列化的酯化产品,在医疗领域得到广泛地应用,取得了较好的临床效果，有广阔的前景。HA良好的生物相容性和生物可降解性,以及其优异的润滑性.抗炎性.防粘性,为它在临床和生物医学等方面的应用奠定了基础。但HA自身许多性能还有待进一步开发利用：(1)开发有更多疏水基或有活性基团的HA系列酯化物,并将其进行交联,使HYAFF生物材料充分发挥其生物医学应用价值,投人临床应用。(2)深人研究HA交联行生物，同时注重解决交联剂的毒性问题。(3)进一步探讨HA接枝方面的研究,通过接枝延长HA的降解时间及其在组织内作用的时间，扩大它在组织工程和医学领域的应用。总结29生物材料，是功能高分子中最重要和发展最快的一个领域,也是高分子科学的前沿。其中，多糖类生物材料的发展前景诱人,其产品的市场潜力巨大。目前我国在生物材料上的研究取得了重大的成就，但是在实际应用和环保等诸多方面还有待进一步的研究。我国幅员辽阔,资源十分丰富，因此,应对它们进行更深人的研究,在其物化、生物性能等方面进行系统的研究,由此在生物医用材料方面开拓更多的应用领域。参考文献[1]连鑫鑫.生物活性多糖及生物酶对医用聚乳酸材料表面修饰的研究[D]:武汉理工大学,2012.[