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甲壳素基新材料的特点与应用
作者：陈嘉
来源：《科技风》2016年第24期
摘 要：甲壳素是自然界中常见的天然高分子，主要来源于虾蟹外壳以及一些藻类和菌类细胞壁，在自然界中大量存在，有着良好的生物可降解性与生理适应性，也是重要的医用材料。本文主要针对甲壳素基新材料的特点与应用展开分析。 关键词：甲壳素基新材料；特点；应用
在自然界中，甲壳素的合成数量稍低于纤维素。甲壳素是一种天然高分子，其主要来自于甲壳纲类的动物，例如虾和蟹一类的外壳和一些菌类跟藻类的细胞壁上都含有甲壳素，甲壳素的主要分子由乙酰氨基、吡喃葡萄聚糖和氨基结构所组成，甲壳素在自然界中属于碱性阳离子聚多糖. 且存储量十分巨大。
甲壳素的生理适应性和生物可降解性非常强大，是生物上重要的医用材料. 将甲壳素中的乙酰基去掉就得到甲壳素最重要的衍生物—壳聚糖. 壳聚糖与甲壳素相比，其溶解性较大，稀酸分解出的壳聚糖分子含有正电荷。
在甲壳素中具有丰富的氨基、羟基和乙酰氨基等活性因子，这些因子使壳聚糖反应功能性优良和生理活性明显，已在医学、化学工业、等多个领域得到普遍应用。1980年以来甲壳素 一直作为研究重点，近些年来，甲壳素 的研究方向主要是绿色、健康、环保。
甲壳素是一种催化剂，来源很多，没有毒，根据需要可制成粉末、纤维、胶等多种形式，以方便人们使用，可与二氧化碳、醛发生反应，壳聚糖分子链拥有充足的氨基酸，经过静电作用以及配位作用可与金属离子转化成复合物，为促进硝基芳香族化合物的加氢反应，而使用它为催化剂，经过多年研究，生成金属纳米粒子是用壳聚糖上的羟基能当作还原剂。 一、甲壳素基新材料用作医用纳米材料
在生物医用领域中利用甲壳素制作成的纳米纤维得到了广泛的关注。国外科学家Fan等采用超声的方式将鱿鱼软骨为原料制作成了3纳米的甲壳素纳米纤维，在制备过程中并未出现脱乙酰反应，使纤维能够以原有的结构继续存在。以蟹壳为原料，将蟹壳内含有的蛋白和钙质清除掉后，采用机械研磨的方式，将其放置在酸性溶液中可以获得15纳米的甲壳素纤维。 此外，通过静电纺丝技术可以制成甲壳素纳米纤维，其直径平均都保持在110nm左右，该种纤维主要作用就是伤口敷料。随着近些年来技术的不断发展近来，利用壳聚糖制成的各种衍生物和合成物在纤维、相容性和抗菌性等方面都有了极大的提升，使得壳聚糖的含有量提升到了35%，且纤维直径也得到了有效的降低。
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二、甲壳素基新材料用作生物分析材料
通过对痕量的分析，从所得数据可以看出，甲壳素/壳聚糖所制备的合成物可以用于对样品进行痕量元素的富集剂，借助高灵敏性的分析模式，可以对钨、银、铬、铂、汞和铜等元素进行低检出限检出。随着研究的深入，甲壳素/壳聚糖具备优良的吸附性和成膜性，可以用于制作具有良好修饰性的电极。甲壳素/壳聚糖分子中所含有的氨基通过一定物理处理或化学键合能够对对酶等一类的活性蛋白质进行有效的固定，酶一旦经甲壳素/壳聚糖固定后，能够保持长期的较高活性，主要运用于化学和生物传感器中。 三、甲壳素基新材料用作绿色环保材料
长期以来，甲壳素/壳聚糖和合成物在水处理剂中的应用一直备受关注。甲壳素/壳聚糖借助絮凝和吸附等方式可以将污染物有效的清除掉。所以甲壳素/壳聚糖在回收富集金属离子和污水净化中有着极大的作用。
在众多的重金属离子中甲壳素/壳聚糖都能发挥良好的的吸附性，如能和铜、铬、铅、锌、汞、镍、铁等金属产生吸附作用，但是对于一些碱金属甲壳素/壳聚糖所产生的作用就比较弱。将甲壳素碱溶液与硫脲水溶液进行冷冻溶解可以制备出离子吸附材料。该类材料对吸附铜、铬、铅有着极高的性能，其效果要高于纯甲壳素。 四、甲壳素基新材料用作食品保鲜和包装材料
利用甲壳素能够制成具有良好机械性能的包装材料，但在甲壳素分子结构中的氢键属于较难溶解的物质，通常借助酰胺和氯化锂等水溶液和盐、硫酸进行分解。通过研究发现NAOH尿素水溶液体系能够对甲壳素在低温的状态进行成功的分解，通过此种溶剂虽得到的甲壳素/纤维素薄膜更具良好的机械性能，主要用于发光和绿色包装材料中。 五、结语
随着技术的不断发展，甲壳素因其自身制作来源广泛、环境友好和无毒等特点，在今后的材料发展中将会占据重要地位。根据我国可持续发展战略的实施，对于甲壳素的研究将会重点放在具有高经济附加值的生物医用和智能材料等方面。预计，到2020年甲壳素在医用生物材料中所占的市场份额将会突破1000亿美元，从而使甲壳素/壳聚糖基功能材料更好的为人类服务。
参考文献：
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