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水溶性N-琥珀酰壳聚糖合成及其共混海藻酸钠水凝胶特性评价_图文

第 4 2卷 第 1期  2 O 1 4年 2 月  

浙 江 工 业 大 学 学 报 
J OURNA1  OF   Z HE J I ANG   UNI VERS I TY  OF   TE CH NOI   ( ) GY  

Vo 1 . 42   NO .1   Fe b. 2 01 4  

水溶性 N 一 琥 珀酰壳 聚糖合成及其共混海藻酸钠  水 凝 胶 特性 评 价 
陈建澍  , 章琪 良  , 李志旗  , 刘 海燕  , 梅 建凤  。 应 国清 
( 1 . 浙 江工 业 大 学 药学 院 , 浙江 杭州 3 1 0 0 3 2 ; 2 . 浙 江 泰 鸽 安全 科 技 有 限 公 司 , 浙江 杭州 3 1 0 0 1 7 )  

摘要 : 为 了得到 水溶性 佳 、 毒 性低 的 N 一 琥 珀 酰 壳聚 糖 , 改 进 了其 合成 工 艺, 并将 其共 混 海 藻酸 钠 制  备性 能优 良的 水凝胶 . 结果表 明 : 在 不使 用吡啶 的条件 下 , 用丁二 酸 酐酰化 壳聚糖 , 便 可制得 水溶 性  较 高的 N 一 琥 珀酰 壳聚糖. 在底 物质 量 比为 1: 2 , 5 0℃条件 下反 应 4   h , 产物 水溶 性 最佳 , 达到 9 . 7 0   g / I   . 用合成 的 N一 琥 珀酰 壳聚糖 与 海藻酸钠 共混 , 在质 量 比 为 1: 3时 , 制 得 结构 优 良的水 凝胶 , 其 
溶胀 率和 水蒸 气透过 率分 别达到 5 5 7 . 9  和 2   9 5 4 . 6   g / ( m ?d ) , 且 无 皮肤 刺 激 性 , 该 水凝 胶 具 有  进 一 步开发 成 一种优 良敷料 的研 究价值 .  

关键 词 : N一 琥珀 酰 壳聚糖 ; 水溶性 ; 水凝 胶 
中 图分 类号 : TQ 3 1 6 . 6   文献 标志码 : A   文章 编号 : 1 0 0 6 — 4 3 0 3 ( 2 0 1 4 ) 0 1 - 0 0 5 8 — 0 5  

S y nt h e s i s   o f   wa t e r - s o l u b e   N— s u c c i n y l   c hi t o s a n   a n d   f e a t u r e   e v a l u a t i o n  
o f   hy dr o g e l   wi t h   s o d i u m  a l g i na t e  

CHEN   J i a n - s h u   ,Z HANG  Qi   l i a n g   ,L I   Z h i — q i   ,L I U  Ha l — y a n   ,M E I   J i a n - f e n g   ,YI NG   Gu o - q i n g  
( 1 . C o l l e g e   o f   P h a r ma c e u t i c a l   S c i e n c e ,Z h e j i a n g   Un i v e r s i t y   o f   Te c h n o l o g y ,Ha n g z h o u   3 1 0 0 3 2 ,C h i n a :   2 . Z h e j i a n g   Ta q e r   S a f e   T e c h n o l o g y   C o . ,L t e d . ,Ha n g z h o u   3 1 0 0 1 7 , C h i n a )  

Ab s t r a c t :To   o b t a i n   N— s u c c i n y l   c h i t o s a n( NS CS) wi t h   g o o d   wa t e r   s o l u b i l i t y   a n d  l O W  t o x i c i t y.  
s y nt he s i s   pr oc e s s  wa s  i mp r ov e d, a nd  t he n  NSCS  wa s  bl e n de d  wi t h  s o di u m a l g i na t e( SA ) t o   pr e p a r e  hy dr o g e 1 . Th e  r e s u l t  s ho we d  t h a t  NSCS  wi t h  e xc e l l e nt  wa t e r  s o l ub i l i t y  c ou l d  b e   s y nt he s i z e d   f r om  c hi t o s a n   a c i d yl a t e d  b y   s u c c i n i c   a n hy dr i d e,i n   whi c h   p yr i d i ne   di d  n o t  b e  u s e d
. 

W he n   t he   ma s s   r a t i o   o f   s ub s t r a t e s   wa s   1 :2,t e mp a r a t u r e   wa s   5 0℃ a nd   a c i d yl a t i ng   t i me   wa s   4   h,  

wa t e r   s o l u b i l i t y   o f   NS C S   c o u l d   r e a c h   9 . 7 0   g / L.An   e x c e l l e n t   h y d r o g e l   wa s   p r e p a r e d   b y   u s i n g  
N SCS   bl e nd e d   wi t h   s o di u m  a l gi n a t e .W h e n   t he   c o nc e nt r a t i o n   r a t i o   of   NSCS   a n d   SA  wa s  1 : 3。   t he   s we l l i ng   r a t e   a n d   wa t e r   v a p o r   t r a n s mi t t a n c e   of   t he   hy d r o ge l   c ou l d   r e a r c h   5 5 79  


a nd   2   9 5 4 . 6  

g / ( m  ? d) r e s p e c t i v e l y . Th e  h y d r o g e l  d i d  n o t  e x h i b i t  s k i n  i r r i t a t i o n. a n d  h a d  p o t e n t i a 1  
a p pl i c a t i on   v a l u e   i n   pha r ma c e u t i c a l   i nd us t r y.  

Ke y   wo r d s:N— s uc c i ny l   c hi t os a n;wa t e r   s ol ub l i l i t y;hy dr o ge l  

壳聚糖 ( c h i t o s a n ) 是 甲壳 素 N 一 脱 乙 酰基 的 产  物, 具 有 良好 的生 物 相 容性 、 生物 可 降 解 性… 、 抗 氧  化活 性 。   及 抗癌 等 作 用… , 被广泛运用于医药、 吸 
收 稿 日期 : 2 0 1 3   0 3 — 2 5  

附分离 。   等多个 领域 , 还具 有 吸附性 、 成膜 性 、 通 透  性, 以及 抗 菌 、 消炎、 止血 、 减少 创 面 液渗 出 , 促 进 创  伤组 织再 生 的作用 , 适合 作为 敷料使 用  . 然而 只 溶 

基金项 目: 浙 江 省 重 大科 技 专 项 项 目( 2 0 0 8 ( ; 1   3 0 6 6 )  

作者简介 : 陈建澍( 1 9 7 4 ) , 男, 浙江宁波人, 讲师 , 研 究 方 向为 微 生 物 及 酶 工程 等 , E — ma i l : C h e n   J I ANS HU@ 1 2 6
. 

o  .  

第 1 期 

陈建 澍 , 等: 水溶性 N 一 琥 珀 酰 壳 聚 糖 合 成 及 其 共 混 海 藻 酸 钠 水 凝 胶 特 性 评 价 

于稀 的无 机 酸和 大 多数 有 机 酸 , 不 溶 于 水 的 特 性极  大 限制 了它 的应 用. 近年来, 通 过 化 学 改性 , 引 入 亲  水性 基 团 , 研 究 出 了如 羧 甲基 壳 聚糖 l 8 ] 、 N 一 琥 珀 酰  壳 聚糖 ( NS C S ) 等 一 系列水 溶 性 壳 聚糖 . NS C S的化  学修 饰 使 用 吡 啶和 大 量 丙酮 等 有 毒 溶剂 r 9 J , 制备 的 
产物对 环 境造 成影 响 , 应 用 范 围受 到一 定 限制 . 笔者 

司; 丁二酸 酐 ( S u c c i n i c   a n h y d r i d e ) 购 自 Bi o   B a s i c  
Can a da   I n c.  

实 验 主要 仪 器 : 8 5 — 1磁 力 搅 拌 器 ( 上 海 志 威 仪  器 有 限公 司) 、 F r e e Z o n e   6   L真 空 冷 冻 干燥 器 ( 美国   L a b c o n c o公 司 ) 、 Av a t a r   3 7 0傅 立 叶红 外 光谱 仪 ( 美 
国 Th e r mo   Ni c o l e t 公司) 、 DZ F 一 6 0 5 1型 真空 干 燥 箱 

对常规 修 饰方 法予 以改 进 , 避 免 或 减 少 有毒 试 剂 的  使用 , 降低 其毒性 , 扩 大其 应用 范 围.   传 统 的天然 纱 布 、 多 聚膜 常用 敷料 , 具有 吸 收能  力差, 易粘 着创 面造成 机械 性损 伤 , 产生 交叉 感染 等  缺 陷. Az a d等  0 l 研 究 了 以壳 聚 糖 和 海 藻 酸 盐 为 代  表 的新 型敷 料易 形成 凝胶 , 不 粘创 面 , 保 护暴 露 的神  经末 梢 ; 保持 创 面 湿润 , 阻 隔外 界 侵 入 , 且 可 被 生 物  降解 , 环 保性 能好 . 但 在 实 际应 用 中 , 纯 壳 聚 糖 凝 胶  敷料 自粘性 强 , 但 吸水 、 抗 水 性差 口  ; 而 海藻 酸盐 作  为敷 料 单 独使 用 时 有 强 大 而 快 速 吸 收 渗 出液 的 能  力_ 1  , 但 黏 附 性 较 差. 笔 者 意 在 将 壳 聚 糖 衍 生 物  NS C S与海 藻 酸钠 ( S A) 共混 , 互补 两 种 凝 胶 的缺 陷 
从 而得 到一种 性 能优 异 的凝 胶敷 料 .  

( 上 海精 宏 实验 设 备 有 限公 司 ) 和S 一 4 7 0 0型 场 发 射 
扫描 电子 显微 镜 ( 日本 日立 公 司) .  
1 . 1 . 2   实验 动 物 

新 西 兰兔 购 自浙 江省 实 验 动物 中心 , 实 验 动物  合格 证号 : S C X K( 浙) 2 0 0 9 -0 0 3 9 . 平 均体 重 为 ( 2 . 0   ±0 . 2 )k g , 雌 雄各 半 .  
1 . 2 实 验 方 法 
1 . 2 . 1   NS CS的 合 成 

在 目前 的常规 NS C S化学 修饰 中 , 吡啶 和 大 量  丙 酮 等 有 毒溶 剂 的使 用凹 ] , 对 环 境及 其 应用 于人 体  方面都 造 成 了一 定 影 响. 笔者 对 现 有 NS C S化 学 合  成 进行 适 当改进 , 在 不使 用 吡啶 , 及 用 少量丙 酮 的前  提下 , 制备得到产物. 取 壳聚糖 0 . 6   g , 溶解 于 0 . 2   mo l / L的 醋酸溶 液 5 0   mL 中 , 加 入 溶 有 丁二 酸酐 的  丙 酮溶 液少 量 , 在 不 同温 度 下 磁 力搅 拌 反 应 一 段 时  间, 反应 结 束后 用 1   mo l / I  的氢 氧 化钠 溶 液 调 节 体 
系的 p H至 5 ~6 , 抽 滤 得 到 固相 , 用 纯 净 水 进 行 多 

1   实 验 部 分 
1 . 1   实 验 材 料 
1 . 1 . 1   试 剂 与 仪 器 

次洗 涤 , 除 去有 机 溶剂. 将 固相 置 于纯净 水 中, 1   mo l / I   的氢氧 化钠 调节 p H至 1 0 ~1 2 , 搅 拌 至 溶  解, 透析 并 冷冻 干燥 得到 反应 产物. 修饰 反应 过程 为 
O  

壳 聚糖 购 自浙 江澳 兴 生 物科 技 有 限公 司 , 脱 乙 
酰度 9 O   ; 海藻 酸钠 购 自国药 集 团化 学 试 剂 有 限公 
OH 

/ f O   H  O+  
1 . 2 . 2   Ns cs / S A 水 凝 胶 的 制 备 

红外 光 谱仪 上进 行 测 定 , 找 出 相关 基 团 的特 征 吸 收  峰, 与壳 聚糖 原料 进行 红外 光谱 结 构 分 析对 比. 图4  
为 NS C S和壳 聚糖原 料 的红外 谱 图.  
1 . 3 . 3   水 凝 胶 溶 胀 率 及 水 蒸 气 透 过 率 的 测 定 

取 NS C S 、 S A 溶液 以不 同质 量 比例 混合 , 磁 力搅 
拌 3   h至充分共混 , 对共混 水凝 胶进 行抽 滤 、 超声 , 去 

除凝 胶 内不 溶物 及空 气. 7 0℃真空 于燥 箱 下放 置 1 2  


2 4   h , 得 干凝胶 , 并对其 皮肤刺激性 进行评 价.  

将不 同比值 的凝胶 干燥 至恒 重 ( w  ) , 生 理 盐水  中浸 泡 1 2 ~2 4   h , 直 至 达 到 溶胀 平 衡. 用 滤 纸 吸去  膜样 品表 面 的水分 , 称 量溶 胀平衡 时 水凝胶 膜 重量 ,   记 为 W  ( g ) , 按 以下公 式计 算凝 胶 的溶胀 率 : 溶 胀率 
( 9 / 6 ) 一( W  一W  ) / w ×1 0 0  . 实验 设 置 5个 平 行 

1 . 3 分析 方法 
1 . 3 . 1   NS CS水 溶 性 测 定 及 制 备 工 艺优 化 

精 确称 取 NS C S   0 . 0 5   g , 加入去离子水 5   mL,   机 械搅 拌 3   h至充 分溶 解 , 用 0 . 4 5/ _ t m 孔 径 微 孔 滤 
膜 过滤 , 未 通过 滤膜 的物 质干 重设 为 m  ( g ) , 该衍 生  物 的溶 解 度 一( 0 . 0 5 一m  ) / s ×1   0 0 0 , 单位 g / L . 以  NS C S水溶 性 为指标 , 研究 获得 最佳 反应 条件 .   1 . 3 . 2 红 外光谱表 征 

样, 结 果 取平 均值 .  
按 照 中 华 人 民 共 和 国 医 药 行 业 标 准 YY/ T  

0 4 7 1 . 2 —2   O ( ) 4 《 接 触性 创 面敷料 试验 方法第 2部分 :   透气 膜 敷 料 水 蒸 气 透 过 率 》 进 行 水 蒸 气 透 过 率 
( MVTR) 的测 定. 取 有 效 面积 为 S( c m  ) 的水 凝 胶 

将 NS C S产 物 研 碎 , 和 K B r粉末 混 合 压 片 , 在 

浙 江 工 业 大 学 学 报 

第 4 2 卷 

膜 封装 于广 口瓶瓶 口 , 进行 总 质量 称 量 , 记 录 为 w 

( g ) . 置于( 3 7 ±1 )℃ 、 湿度 为 2 O   的干燥箱 , 1 8  ̄2 4  
h后 取 出 , 记 录 试 验 时 间 T( 单位 为 h , 精确到 5  

mi n ) . 对 容器 、 样 品和 液 体 重 新 称 量 , 记 录 质量 w 
( g ) , 用下 式计 算水 蒸气透 过率 MVTR=( W  一wz )  
×1 0   0 0 0×2 4 / ( T× S) .  

S  

1 . 3 . 4 凝胶 截 面超微 结构观 察 

用S 一 4 7 0 0型 场发 射 扫 描 电子 显微 镜 ( S E M) 观 
察 凝胶 截 面 形 态 , 了解 不 同 的 N S C S和 S A质 量 比 

对 凝胶结 构 的影 响. 将凝胶 用 液氮脆 断 , 截 面真 空喷 

时间, h  

金后拍 照 , 加 速 电压为 1 5   k V.  

图 2 反应时间对 N S C S 水 溶性 的影 晌 

2 结 果 与讨 论 
2 . 1 单 因素 实验 
2 . 1 . 1 底 物 的 质 量 比 对 NS C S水 溶 性 影 响 

2 7 . 5℃ , 磁 力搅 拌 反 应 3   h条 件下 , 壳 聚 糖 和 
丁 二酸酐 不 同质量 比对 NS C S水溶性 的影 响进 行研  究, 结果如 图 1所示 .  

图 3 修 饰 反 应 温 度对 N S C S水 溶 性 的 影 响 
Fi g . 3   Ef f e c t   o f   r e ac t i o n   t e mpe r a t u r e   o n  t he   NS CS  wa t e r   s o l u b l e  

由图 3可见 : 从 室温 2 7 . 5℃开 始 , 随 着 温 度 的 

增加 , NS C S的水溶 性缓 慢增加 , 至 5 0℃达 到最佳 ,  

6 0℃后 随着 温 度 的上 升 , NS C S水 溶 性 显 著 降低 ,  
说明 5 O℃ 是 该 酰 化 反应 的最 佳 温 度 , 超过 6 0℃ ,   N S C S发 生 降解 , 影 响产 物水溶 性.  
胛( 壳聚糖) :  ( 丁二酸日 于 )  

2 . 2  N S C S制 备条 件正 交实验 

图1   修饰反应时壳聚糖 , 底 物 质 量 比对 N S C S水 溶 性 的 影 响 
Fi g . 1   Ef f e c t   o f   r e a c t a nt   ma s s   r a t i o   o n  t he   NS CS   wa t e r   s o l ub l e  

根 据单 因素 实验 , 确 定底 物质 量 比 、 反应 时 间和  温度 的合适 范 围 , 以 NS C S水溶 性为 考察 指标 , 设计 

随着 丁二酸 酐 质 量 的增 加 , NS C S的水 溶 性 显 
著 提升 , 待壳 聚糖 / 丁 二酸 酐 至 1: 2后 水 溶 性逐 渐 

L 。 ( 3 。 ) 正 交 实验 来 优 化 NS C S合 成 的最 佳 条 件 , 实 
验 的极 差分 析和 方差分 析 见表 1 , 2 .  
表 1 正 交 实验 极 差 分 析 L , ( 3   )  
Ta b l e   1   Ra n g e   a n a l y s i s   o f   o r t h o g o n a l   e x p e r i me n t   f o r   L 9 ( 3  )  


稳定 ; 后随 比值 的变化 水溶性 无 明显提 升 , 初 步得 出 
底 物 质量 比 1: 2是最佳 比值 .  
2 . 1 . 2   NS C S反 应 时 间 对 其 水 溶 性 影 响 

底物质 量 比为 1: 2 , 反 应 温度 为 2 7 . 5℃ 条 件 

厅 号 



 

反 应 温  Nl  ̄ C  

反 应 时  N/ h  

m( 壳 聚 糖 ):  

水溶性/  
8. 92  

m( 丁二 酸 酐 )   ( g. I   )  
9. 59   9 .52  
9. 64  

下, 研 究修 饰反应 时 间对 NS C S水溶性 的影 响 , 结果 
如 图 2所示 .  

随着反 应 时间 的增 加 , 其 水溶 性也 增强 , 反应 至 
4   h , 水溶 性达 到最 佳 , 后 随着 时间 的增 加逐 渐 变小 ,   说 明反 应 4   h就可 达到完 全酰 化.  
2 . 1 . 3 反 应 温 度 对 NS CS水 溶 性 影 响 

9. 72  
9 .6 2  

7 .6 9  
7 .5 5  

7. 68  

底 物质 量 比为 1: 2时 , 在6 个 不 同温度下 磁力 

搅 拌 酰化反 应 4   h条件 下 , 制 备 NS C S , 测定 其水 溶 
性, 结果 如 图 3所示 .  


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