羟丙基壳聚糖常见特性

发布时间：2023-08-04 10:30:46

羟丙基壳聚糖 (hydroxypropyl chitosan，简称HPCS)，不仅保留了壳聚糖碱性和正电性，同时还改善了壳聚糖的性能。由于在壳聚糖分子上引入了羟丙基团，改变了分子的空间结构，削弱了壳聚糖分子间和分子内的氢键作用，从而使其水溶性和反应活性得到改善和提高，且羟丙基化的HPCS具有良好的吸湿保湿性、抗菌性及吸附性等特点，对于进一步制备各种壳聚糖的衍生物，扩展壳聚糖在各领域的应用具有实用意义。

1 吸湿保湿性

在相同的湿度条件下，经过羟丙基化的HPCS由于引入了极性羟丙基团，使其亲水能力显著增强，吸湿率明显强于壳聚糖，且随着取代度(羟丙基团数量)的增大，吸湿率呈明显上升趋势[。同时HPCS分子内具有羟丙基团，则其相对于壳聚糖的结晶性能减弱，水分子更易渗入，且结合在HPCS高分子链上其他基团的水分子更加难以释放，所以同样显示出良好的保湿性。

2 抗菌性

HPCS的抗菌性来源于分子内的-NH2基团，在溶液环境下，-NH2能与自由H+结合形成-NH3+ 阳离子，-NH3+离子能与细菌细胞壁上的负电性阴离子结合，使细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均，打破其在自然状态下细胞壁的合成和溶解平衡，破坏细菌正常生理代谢，抑制其繁殖能力，从而起到抗菌的效果。

HPCS的抗菌性目前主要应用于纺织品的储存或材料的保护等方面。

季莉研究了HPCS对织物的抗菌整理效果的影响，结果表明，经HPCS整理后的棉纺织物抗菌效率达到了94.3%，涤纶织物则达到了92.6%，并且HPCS具有抗菌性的pH值适用范围更为广泛。

Xie Yajun等研究了HPCS对大肠杆菌生长状况的影响，结果表明，不到2 h的时间，80%的大肠杆菌已经死亡，在之后的24 h，死亡率可接近95%以上，且证实了抑制因子为-NH2。

3 吸附性

HPCS具有吸附性主要机理有两点，一是静电吸附，这一点类似于壳聚糖，两者在溶液环境下均能形成-NH3+，使其周围可以形成带正电荷的区域，当附近出现负离子或负离子基团时，便可发生静电吸附作用，从而具有吸附性，相对于壳聚糖，HPCS 由于在不同pH条件下溶解性更好，所以吸附性能更有优势。二是HPCS一般为聚合物高分子，具有良好的结晶性，且结晶时与壳聚糖类似，都会形成具有众多大小孔径的结晶体，这些孔径可为离子提供偶联或者结合空间，再者，HPCS在液态环境下易形成凝胶，通过黏附作用也可吸附离子。

Yang Jinqing等研究了HPCS在液体环境下对Cr(VI)离子的吸附作用，结果表明HPCS对 Cr(VI)离子具有良好的吸附作用，Cr(VI)在液态环境下通常以HCrO4 -形式存在，通过静电作用达到吸附效果，且在pH5，Cr(VI)初始浓度为15 mg/L时，吸附率为50%以上；并在之后的研究中发现，经过交联化的HPCS，即戊二醛交联 HPCS(C-HPCS)对Cr(VI)的吸附效率可达到92%以上，并对其他重金属离子，如铅、锰、镍等亦有较好的吸附作用。

4 其他特性及应用

HPCS还具有良好的凝胶性和配伍性，可制备成聚合纳米胶体材料，或者与其他有机物分子交联形成新的纳米胶体颗粒，这类纳米颗粒具有良好的水溶性与交联性，能结合水溶性差的药物，提高机体内药物浓度，提高药物药效和释药性；也可结合稳定性差的药物，提高其稳定性。

非那雄胺喷雾剂CARETOPIC是全球率先用于治疗男性雄激素性脱发的外用非那雄胺喷雾剂，其核心关键敷料用的就是羟丙基壳聚糖，通过羟丙基壳聚糖促渗技术，让药物在头皮形成膜结构，显著增强了药物的皮肤渗透性。

广东省肿瘤介入诊疗重点实验室的占美晓、彭绍军教授团队和同济大学袁伟忠教授团队使用氧化透明质酸（OHA）和羟丙基壳聚糖（HPCS）通过亚胺键制备一种可注射复合水凝胶，将其作为功能物质传递基底。该复合水凝胶凭借MPDA的光热效应、DOX的化疗作用和CUR的抗炎作用，在体内显示出良好抑制Hepa1-6肿瘤的作用。

此外，在造纸过程中，HPCS还能够有效地加强纸质纤维之间的氢键结合，助剂中的氨基与纤维表面的羧基形成离子键，该离子键对二者间的结合有促进作用，有助于提高纸张的物理强度。孙振乾等用HPCS对纸质文物进行处理，研究其对纸质文物保护的影响，结果表明，纸样经HPCS处理后，抗张强度相对未处理提高了30%~85%，耐折度提高了20%~37%，且当HPCS质量分数为20%时，抗张强度和耐折度提高量最大。

综上所述，相比壳聚糖，羟丙基壳聚糖具有更好的吸湿保湿性、抗菌性、吸附性以及交联性等优良特性，且在日常生活及众多工业领域中，诸如化妆品、食品及纺织品抗菌、纸质文物保护以及药物联合控制等方面，HPCS具有更大的研究和使用价值。同时作为天然高分子多糖-壳聚糖的衍生物，HPCS具有良好的生物可降解性，且没有任何毒性或副作用，避免了使用一般化工试剂或者人工有机合成材料对自然生态或机体健康的一系列危害。