甲殼素基新材料的特點與應(yīng)用

陳嘉

摘 要：甲殼素是自然界中常見的天然高分子，主要來源于蝦蟹外殼以及一些藻類和菌類細(xì)胞壁，在自然界中大量存在，有著良好的生物可降解性與生理適應(yīng)性，也是重要的醫(yī)用材料。本文主要針對甲殼素基新材料的特點與應(yīng)用展開分析。

關(guān)鍵詞：甲殼素基新材料；特點；應(yīng)用

在自然界中，甲殼素的合成數(shù)量稍低于纖維素。甲殼素是一種天然高分子，其主要來自于甲殼綱類的動物，例如蝦和蟹一類的外殼和一些菌類跟藻類的細(xì)胞壁上都含有甲殼素，甲殼素的主要分子由乙酰氨基、吡喃葡萄聚糖和氨基結(jié)構(gòu)所組成，甲殼素在自然界中屬于堿性陽離子聚多糖. 且存儲量十分巨大。

甲殼素的生理適應(yīng)性和生物可降解性非常強大，是生物上重要的醫(yī)用材料. 將甲殼素中的乙酰基去掉就得到甲殼素最重要的衍生物—殼聚糖. 殼聚糖與甲殼素相比，其溶解性較大，稀酸分解出的殼聚糖分子含有正電荷。

在甲殼素中具有豐富的氨基、羥基和乙酰氨基等活性因子，這些因子使殼聚糖反應(yīng)功能性優(yōu)良和生理活性明顯，已在醫(yī)學(xué)、化學(xué)工業(yè)、等多個領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。1980年以來甲殼素 一直作為研究重點，近些年來，甲殼素 的研究方向主要是綠色、健康、環(huán)保。

甲殼素是一種催化劑，來源很多，沒有毒，根據(jù)需要可制成粉末、纖維、膠等多種形式，以方便人們使用，可與二氧化碳、醛發(fā)生反應(yīng)，殼聚糖分子鏈擁有充足的氨基酸，經(jīng)過靜電作用以及配位作用可與金屬離子轉(zhuǎn)化成復(fù)合物，為促進硝基芳香族化合物的加氫反應(yīng)，而使用它為催化劑，經(jīng)過多年研究，生成金屬納米粒子是用殼聚糖上的羥基能當(dāng)作還原劑。

一、甲殼素基新材料用作醫(yī)用納米材料

在生物醫(yī)用領(lǐng)域中利用甲殼素制作成的納米纖維得到了廣泛的關(guān)注。國外科學(xué)家Fan等采用超聲的方式將魷魚軟骨為原料制作成了3納米的甲殼素納米纖維，在制備過程中并未出現(xiàn)脫乙酰反應(yīng)，使纖維能夠以原有的結(jié)構(gòu)繼續(xù)存在。以蟹殼為原料，將蟹殼內(nèi)含有的蛋白和鈣質(zhì)清除掉后，采用機械研磨的方式，將其放置在酸性溶液中可以獲得15納米的甲殼素纖維。

此外，通過靜電紡絲技術(shù)可以制成甲殼素納米纖維，其直徑平均都保持在110nm左右，該種纖維主要作用就是傷口敷料。隨著近些年來技術(shù)的不斷發(fā)展近來，利用殼聚糖制成的各種衍生物和合成物在纖維、相容性和抗菌性等方面都有了極大的提升，使得殼聚糖的含有量提升到了35%，且纖維直徑也得到了有效的降低。

二、甲殼素基新材料用作生物分析材料

通過對痕量的分析，從所得數(shù)據(jù)可以看出，甲殼素/殼聚糖所制備的合成物可以用于對樣品進行痕量元素的富集劑，借助高靈敏性的分析模式，可以對鎢、銀、鉻、鉑、汞和銅等元素進行低檢出限檢出。隨著研究的深入，甲殼素/殼聚糖具備優(yōu)良的吸附性和成膜性，可以用于制作具有良好修飾性的電極。甲殼素/殼聚糖分子中所含有的氨基通過一定物理處理或化學(xué)鍵合能夠?qū)γ傅纫活惖幕钚缘鞍踪|(zhì)進行有效的固定，酶一旦經(jīng)甲殼素/殼聚糖固定后，能夠保持長期的較高活性，主要運用于化學(xué)和生物傳感器中。

三、甲殼素基新材料用作綠色環(huán)保材料

長期以來，甲殼素/殼聚糖和合成物在水處理劑中的應(yīng)用一直備受關(guān)注。甲殼素/殼聚糖借助絮凝和吸附等方式可以將污染物有效的清除掉。所以甲殼素/殼聚糖在回收富集金屬離子和污水凈化中有著極大的作用。

在眾多的重金屬離子中甲殼素/殼聚糖都能發(fā)揮良好的的吸附性，如能和銅、鉻、鉛、鋅、汞、鎳、鐵等金屬產(chǎn)生吸附作用，但是對于一些堿金屬甲殼素/殼聚糖所產(chǎn)生的作用就比較弱。將甲殼素堿溶液與硫脲水溶液進行冷凍溶解可以制備出離子吸附材料。該類材料對吸附銅、鉻、鉛有著極高的性能，其效果要高于純甲殼素。

四、甲殼素基新材料用作食品保鮮和包裝材料

利用甲殼素能夠制成具有良好機械性能的包裝材料，但在甲殼素分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵屬于較難溶解的物質(zhì)，通常借助酰胺和氯化鋰等水溶液和鹽、硫酸進行分解。通過研究發(fā)現(xiàn)NAOH尿素水溶液體系能夠?qū)讱に卦诘蜏氐臓顟B(tài)進行成功的分解，通過此種溶劑雖得到的甲殼素/纖維素薄膜更具良好的機械性能，主要用于發(fā)光和綠色包裝材料中。

五、結(jié)語

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，甲殼素因其自身制作來源廣泛、環(huán)境友好和無毒等特點，在今后的材料發(fā)展中將會占據(jù)重要地位。根據(jù)我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，對于甲殼素的研究將會重點放在具有高經(jīng)濟附加值的生物醫(yī)用和智能材料等方面。預(yù)計，到2020年甲殼素在醫(yī)用生物材料中所占的市場份額將會突破1000億美元，從而使甲殼素/殼聚糖基功能材料更好的為人類服務(wù)。

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