[发明专利]致密壳聚糖膜材料的组合物、制备及用途

说明书

公开领域

本发明涉及致密的壳聚糖薄膜或膜材料及其制备方法。这些材料可用于医学工业、科技工业及其它工业中。

背景

功能性生物材料研究已经集中在开发用于创伤愈合和组织工程的改进的支架。已经对许多生物可降解聚合物作为支架用于创伤愈合和组织工程应用进行了研究，并且包括合成聚合物，如聚己内酯、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚(乙二醇)；及天然聚合物，如藻酸盐、明胶、胶原蛋白、淀粉及壳聚糖。其中，天然来源的聚合物特别值得关注，因为作为生物结构的天然组分，其在生物和化学上类似于天然组织。在这一情形中，已经发现壳聚糖可作为诸多应用中的引人注目的候选物，并且除抗细菌、抗真菌及止血特性外，还具有独特的生物特性，包括生物相容性、对于有害糖产物的生物降解性、无毒、生理学惰性、对于蛋白质的显著亲和力。

有记录的壳聚糖应用应回溯到19世纪，Rouget在1859年论述壳聚糖的脱乙酰基形式时。几丁质(壳聚糖的原材料)是含量最丰富的有机材料之一，每年通过生物合成产生的量仅次于纤维素。它是动物，尤其是甲壳动物、软体动物及昆虫的外骨骼的一种重要成分。它还是某些真菌细胞壁中的主要原纤维聚合物，并且可以由微藻产生。脱乙酰基化的几丁质衍生物被称为“壳聚糖”。当这两个术语首次在19世纪(1800’s)使用时，据信几丁质和壳聚糖实际上常常是作为截然不同、充分确定的独特并且无变化的化学物质存在，其中几丁质是完全乙酰基化的并且壳聚糖是完全脱乙酰基化的组合物。然而，约一个世纪之后，发现术语“几丁质”和“壳聚糖”事实上是不明确的。这些术语实际上是指展现明显不同的物理和化学特性的化合物的家族，而非指充分确定的化合物。这些差异归因于这些产品的不同分子量和不同乙酰基化程度。

壳聚糖是线性多糖，由通过β(1-4)糖苷键连接的葡糖胺和N-乙酰基葡糖胺单元构成，大体上呈糖单元线形式。取决于来源和制备程序，其分子量一般在10kDa到超过1000kDa范围内。壳聚糖聚合物的分子量通常是由粘度确定并且以厘泊(Centipoise，CPS)或毫帕(mPas)为单位表示，并且可以在约5mPas到3000mPas范围内。葡糖胺的含量被视为脱乙酰基化的程度(degree of deacetylation，DD)并且可以在30％到95％范围内。呈结晶形式的壳聚糖通常不可溶于超过pH7的水溶液中，然而，在稀酸(pH<6.0)中，葡糖胺上的质子化游离氨基促进该分子的溶解(Kim,Seo等,2008)。一般来说，壳聚糖具有三种类型的反应性官能团，分别是在C(2)、C(3)及C(6)位置处的氨基以及伯羟基和仲羟基。这些基团允许对壳聚糖进行修饰以用于特定应用，其可以制备适用于组织工程应用的各种支架。壳聚糖的化学性质又为共价和离子修饰提供许多可能，从而允许广泛调整机械和生物特性。

几丁质加工

如以上所提到的，几丁质存在于众多分类组内。然而，市售的几丁质通常是从海洋甲壳动物(如褐虾(shrimp))分离的。甲壳动物的壳由30-40％蛋白质、30-50％碳酸钙及20-30％几丁质组成，并且还含有脂质性质的颜料，如类胡萝卜素(虾青素、虾黄素(astathin)、角黄素、叶黄素及β-胡萝卜素)。这些组分的比例随物种和季节而变化。

当通过酸处理溶解碳酸钙，随后碱提取使蛋白质变性并溶解，并且随后进行脱色步骤来提取几丁质时，通过去除虾青素主要获得无色到灰白色产物。该制备方法是影响样品特征的一个因素。早期的研究已经清楚地证实，这些产物的具体特征(Mw、DD)取决于工艺条件。然而，市售的几丁质典型地通过第一步骤的脱蛋白质随后第二步骤的脱矿质来制备。在这些条件下，提取到“崩解的几丁质”，其中几丁质失去了天然结构。另一方面，当在第一步骤中发生脱矿质时，提取到“压缩的几丁质”，其中天然链和纤维状结构是完整并且稳定的。由任一壳聚糖提取方法制备的壳聚糖都适用于本发明。另外，本发明不限制来自天然、半合成或合成来源的壳聚糖来源。

几丁质脱乙酰基化成为壳聚糖