海藻酸钠及其衍生物
海藻酸钠（Sodium Alginate）,也叫褐藻酸钠、褐藻胶，是从褐藻
中提取出来的一类多糖，它是褐藻的细胞膜组成成分，在海带中含量
最为丰富，高达30%-40%。通过干燥粉碎经水洗干净的海带，用1.5%
的Na2CO3溶液浸泡、过滤，往滤液加入盐酸调pH<3，使海藻酸沉淀
析出，再用1.5%的Na2CO3溶液将海藻酸转化成为海藻酸钠，最后用
乙醇溶液沉淀出海藻酸钠产品[7,8]。
海藻酸钠便宜易得，用途十分广泛，用作纺织品上的浆剂和印花
浆，同时作为增稠剂、稳定剂、乳化剂大量应用于食品工业中。也应
用于生物技术，包括细胞封装、蛋白质运载和组织工程等。此外，由
于海藻酸钠具有良好的生物相容性和生物降解性[9]，其在生物医药行
业也得到了重视。另外，海藻酸钠具有生物黏着性，因此可用作药用
生物黏附材料。
海藻酸钠为白色或淡黄色的粉末，几乎无臭，无味，有吸湿性，
不溶于乙醇、乙醚或酸（pH<3），溶于水形成粘稠状液体，1%水溶液
pH值为6-8。海藻酸钠是由α–L-古洛糖醛酸钠（a-L-guluronate，简
称G）和β-D-甘露糖醛酸钠（β-D-mannuronate，简称M）1、4连
接的长链线性多糖[10]，分子式为(C6H7O6Na)n，M和G以及海藻酸钠
的结构式如图1-2所示。其化学组成及M和G的序列取决于样品提
取的来源。
海藻酸钠分子链在水溶液中呈线团状构象。其中M/G的比值以
及各嵌段的分布，与海藻酸钠的物理化学性质和应用有直接的关系。
海藻酸钠作为一种线性多糖，其分子链在溶液中呈线团状的分布，具
有 MM、MG、GG结构，其官能基尤其GG结构很容易与二价离子
Ca2+、Co2+、Cu2+、Fe2+、Zn2+等发生键合，键合有分子内交联与分子
间交联两种形式，形成“egg-box”结构。由于分子间的架桥作用，
引起海藻酸钠溶液性质的显著改变， 并且对不同二价阳离子的选择
性不同[7]。
纳米药物控释体系
纳米药物控释系统就是将药物制备成纳米级的胶体载体
（colloidal carrier）系统，控制药物在特定的部位以特定的速率释放。
药物胶体载体经静脉注射进入血液循环后，可能很快被机体清除，而
不能到达效应器官或组织处发挥作用，因此如何让延长纳米载体在血
液循环中的停留时间，进而获得针对特定部位的靶向性是设计纳米药
物控释系统需要考虑的因素[13]。
两亲性多糖衍生物纳米胶束
两亲性聚合物(Amphiphilic Polymer)[38]是指同一大分子中既具有
较长的疏水性链段又具有较长的亲水性链段的聚合物，由于这种不相
容的两亲性链段的存在，赋予其独特的两亲性质，因而在表面活性剂
[39]、增稠剂[44]、增容剂[45]
等领域得到了广泛应用。随着世界环境问
题的日益严重和人类环保意识的增强，可再生资源的开发应用受到日
益重视[46]；以具有良好生物相容性、可生物降解性、再生周期短的亲
水性多糖为原料，制备两亲性多糖衍生物(Amphiphilic Polysaccharide
Derivatives)成为研究的热点[47]，所得产物在药物缓释[49]、基因转染
[50]
等生物医学领域得到广泛应用。
近年来，两亲性多糖衍生物的研究不断受到人们的关注，尤其是
梳形两亲性多糖衍生物，其结构通常为亲水性多糖主链接枝疏水基
团，衍生疏水侧链（如图1-3 所示）。
图 1-3、两亲性多糖衍生物的结构示意图
两亲性接枝共聚物胶束通常同时具有亲水链段和疏水链段，聚合
物的疏水链段在水中通过疏水相互作用构成胶束的内核，而亲水链段
则在胶束内核的周围构成胶束的外壳，其自聚集过程如图1-4[19]所示。
图 1-4、两亲性多糖衍生物的自聚集过程
胆固醇基接枝的海藻酸钠衍生物(Alg-Chol)的合成
以干燥的海藻酸作为改性原料，由于二甲基亚砜吸水性强，改性
前先用氢化钙干燥DMSO一星期以上。量取约90mL的DMSO置于
500mL的圆底烧瓶中，以纸槽作为辅助缓慢加入3.0g海藻酸于50℃
下搅拌溶解过夜。随后降温至室温，为了制备不同取代度的海藻酸钠
衍生物，胆固醇的用量按质量比M(Alg):M(Chol)=1:2、1:1和2:1称
取。
将称量好的胆固醇溶于10mL的三氯甲烷，缓慢地滴加到上述海
藻酸溶解液中搅拌均匀。另分别称取0.96gDCC和0.28gDMAP溶于
15mL DMSO中，再滴加到上述混合液中，于室温搅拌反应24h。反
应结束后移出，加4倍体积无水乙醇沉淀，离心分离，除去上清液，
真空干燥沉淀物。
最后将此干燥后的黄色粉末溶解在50mL的蒸馏水中，用质量分
数为4%的碳酸氢钠溶液调pH=7.0，静置3h之后离心分离不溶物。
在旋蒸仪上浓缩上清液至15mL，装入截留分子量为1400的透析袋中
透析5天后移出，加4倍体积无水乙醇沉淀、离心、干燥，即得胆固
醇基接枝的海藻酸钠衍生物(CSAD)。
Alg-Chol的化学结构分析
1、红外光谱分析(FT-IR)：KBr压片法制样，扫描次数为32次，分辨
率为4cm-1。
2、核磁共振分析（1H-NMR）：Chit-DC样品以D2O为溶剂，DC样
品以DMSO为溶剂，胆固醇以CDCl3为溶剂，Alg-Chol样品以D2O
为溶剂，样品浓度均为5mg/ml，通过压水峰处理，常温下测定。通
过1H-NMR的积分计算脱氧胆酸基团的取代度。
Alg-Chol的胶束化行为表征
1、实验方法及实验条件：荧光光谱法测定临界胶束浓度（CAC）
实验条件：
激发光谱：波长为 330nm，狭缝为 2.5nm。
发射光谱：波长范围为 350-500nm，狭缝为 2.5nm。
2、溶液的配制：
(1)分别配制浓度为2mg/mL的Chit-DC母液和Alg-Chol母液。
(2)准确称取10mg的芘，用5mL甲醇溶解，转移至50mL容量瓶定
容，得到浓度为1.0×10-3mol/L的芘/甲醇溶液。用微量注射器移取5
μL芘/甲醇溶液加入到一系列5ml容量瓶中，通N2将甲醇吹干。将
上述两种纳米胶束母液按一定体积分别移入含有固体芘的5ml容量
瓶中，用PBS(pH6.2)的缓冲溶液定容。得到一系列含芘探针的
Alg-Chol胶束溶液，它们的浓度分别为2.0、1.5、1.0、0.6、0.3、0.1、
0.006、0.003、0.001、0.0006、0.0003和0.0001mg/mL。
(3)将上述胶束溶液置于45℃水浴中静置24h，整个过程中间断超声
处理4-5次，每次2-3min。
3、芘荧光发射光谱的测定：读取λ1＝372nm和λ3＝383nm处的峰
强度值I1和I3。并计算I1/I3。
Alg-Chol的化学合成与结构分析
本工作利用海藻酸上的 -COOH与胆固醇上的-OH通过偶联剂
DCC和催化剂DMAP的作用进行酯化反应，然后将剩余未反应的
-COOH碱化成 -COO-Na+，从而合成出两亲性的海藻酸钠衍生物
（Alg-Chol），其反应过程如图2-4所示。
图 2-4、 胆固醇/海藻钠衍生物的合成路线
图 2-5、 两亲性含胆固醇基海藻酸钠衍生物的结构示意图
图 2-6、FTIR 谱图：（a）Alg-Chol,（b）海藻酸钠, (c)胆固醇
通过FT-IR光谱法对Alg-Chol的化学结构进行了分析，如图2-6所示，
Alg-Chol的FT-IR谱图的各个峰的归属如表2-3所示。与海藻酸钠和
胆固醇的红外光谱谱图相比，Alg-Chol在1733cm-1处的吸收峰表明
Alg-Chol中存在着酯键，该峰为酯基中的C=O伸缩振动峰，由此可
以推出海藻酸钠上的-COOH与胆固醇上的-OH发生了酯化反应。
图 2-7、1H-NMR谱图：(a) Alg-Chol (溶剂：D2O)，(b)海藻酸钠(溶剂：
DMSO)，(c)胆固醇(溶剂：CDCl3)
Alg-Chol、海藻酸和胆固醇的1H-NMR波谱如图2-7。在Alg-Chol
和海藻酸钠原料的1H-NMR中，化学位移在3.5-6.0ppm之间的信号
峰是海藻酸钠主链上葡萄糖单元环上的质子核磁共振峰。胆固醇上的
质子产生的共振信号分布在0.6-2.4ppm之间，从图中可明显看到，
Alg-Chol与原料海藻酸的1H-NMR相比，在Alg-Chol的1H-NMR中
出现了化学位移为 1.0-2.5ppm的宽峰,其中约δ1.677ppm和δ
2.202ppm两个宽峰分别为胆固醇上-CH3质子的共振峰。因此1H-NMR
结果进一步证实海藻酸钠上的-COOH与胆固醇上的-OH发生了酯化
反应。