壳聚糖及衍生物的 应用
北京联合大学应用文理学院 林强 linqiang@
2015.4
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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
OH O HO NH2
n
O
壳聚糖是含有氨基的多聚糖，一般高分子
13.323
15
20
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。
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氧化化法最佳工艺条件下的 产品４h
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纤维素酶法最佳工艺条件下 的产品6h
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四. 壳聚糖表面活性剂及应用
保湿、润肤 增稠、乳化、分散、胶体保护
壳聚糖
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。
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。
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 物活性成分 药物分离材料
药物制剂辅助材料 药物分散剂（表面活性剂）
二 壳聚糖及衍生物制备及生物活性
甲壳素和壳聚糖的提取和制备
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
壳聚糖的制备
最常用的方法是异相反应。在强碱溶液（
40~50wt％NaOH）、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须十分谨慎，因 为很多酶同时会降解高分子。
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 μm）可用于制备 粉剂，能明显促进伤口愈合。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。
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
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复合酶法制备壳寡糖
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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. 8~1.0(ml/g)、75℃、时
间为1.5h，所得降解产物的平均分子量约为1500
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。
虾、蟹壳漂洗 脱碱、漂洗 脱钙及无机组 脱蛋白质及脂肪
水洗、烘干 水性、烘干
甲壳素产品
浓碱处理
壳聚糖产品
5
甲壳素的提取： 用4～6wt％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。
•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。