甲壳素和壳聚糖ppt课件.pptx
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1、Principle of Biomaterials -Chitin presented by Lidan1Lidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目ContentsApplicationModificationFiber FormationStructure and PropertiesIntroduction and Production2Lidan,School of Chemistry&Chemical Engineeri
2、ng认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目Introduction3The origin of chitin18111811年年法国学者法国学者BraconnoBraconno首次从蘑菇中发现甲壳质,命首次从蘑菇中发现甲壳质,命名为名为FungineFungine(蕈素)(蕈素)18231823年年法国科学家法国科学家OdierOdier从昆虫外壳中发现甲壳质,命从昆虫外壳中发现甲壳质,命名为几丁质(名为几丁质(ChitinChitin)18591859年年法国人法国人C.RougetC.Rouget将甲壳素浸泡在
3、浓将甲壳素浸泡在浓KOHKOH溶液中煮溶液中煮沸一段时间,取出洗净后发现可溶于有机酸中沸一段时间,取出洗净后发现可溶于有机酸中18941894年年F.Hoppe-SeilerF.Hoppe-Seiler确认这种物质是脱掉了部分乙酰基确认这种物质是脱掉了部分乙酰基的甲壳素,把它命名为的甲壳素,把它命名为Chitosan(Chitosan(壳聚糖)壳聚糖)Lidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目4甲壳素广泛存在于甲壳动物虾、甲壳素
4、广泛存在于甲壳动物虾、蟹、昆虫的蟹、昆虫的外壳外壳中中,而且蘑菇、木而且蘑菇、木耳、藻类、贝类、软体动物(如鱿耳、藻类、贝类、软体动物(如鱿鱼、乌贼)的软骨和表皮、节肢动鱼、乌贼)的软骨和表皮、节肢动物(昆虫)以及真菌类的细胞壁中,物(昆虫)以及真菌类的细胞壁中,也存在着甲壳素也存在着甲壳素。其是。其是自然界中含自然界中含量仅次于纤维素的一种量仅次于纤维素的一种多糖多糖,同时同时,也也是地球上数量是地球上数量最大最大的含氮有机化合的含氮有机化合物。物。The resource of chitinLidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了
5、贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目5中文名称:甲壳素中文名称:甲壳素英文名称:英文名称:chitinchitin其他名称:几丁质、甲壳其他名称:几丁质、甲壳质质标准命名:标准命名:(1,4)-2-(1,4)-2-乙酰氨乙酰氨基基-2-2-脱氧脱氧-D-D-葡聚糖葡聚糖类型:天然高分子聚合物,类型:天然高分子聚合物,它属于线性氨基多糖。它属于线性氨基多糖。外观:淡米黄色至白色无外观:淡米黄色至白色无定形物质,无臭、无味。定形物质,无臭、无味。Definition中文名称:壳聚糖中文名称:壳聚糖英文名称:英文名称:chit
6、osan chitosan其他名称:几丁聚糖其他名称:几丁聚糖标准命名:标准命名:(1,4)-2-(1,4)-2-氨基氨基-2-2-脱氧脱氧-D-D-葡聚糖葡聚糖类型:天然高分子聚合物类型:天然高分子聚合物外观:白色或淡黄色半透明状固外观:白色或淡黄色半透明状固体,略有珍珠光泽。体,略有珍珠光泽。Lidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目6Production3%-10%NaOH3%-10%NaOH70-10070-10030m
7、in6h30min6h1%HNO1%HNO3 360-7060-703040min3040min0.5%KMnO0.5%KMnO4 41h1h3%-10%HCl3%-10%HCl30min3d30min3dChitinLidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目740%-50%NaOH40%-50%NaOH80-12080-120ChitosanLidan,School of Chemistry&Chemical Engineer
8、ing认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目Structure8Lidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目Properties9甲壳素不溶于水、有机溶剂、稀酸稀碱,甲壳素不溶于水、有机溶剂、稀酸稀碱,可可溶于浓硫酸、溶于浓硫酸、浓盐酸、浓盐酸、85%85%磷酸,同时发生降解。其磷酸,同时发生降解。其还还可溶于一些可溶于一些特殊溶特殊溶剂剂,如六氟丙酮
9、、六氟异丙醇、三氯乙酸与卤代烃的混合物、,如六氟丙酮、六氟异丙醇、三氯乙酸与卤代烃的混合物、二甲基乙酰胺与氯化锂的混合物等。二甲基乙酰胺与氯化锂的混合物等。壳聚糖是由甲壳素脱去乙酰基转变而来的,其溶解性壳聚糖是由甲壳素脱去乙酰基转变而来的,其溶解性大为改善,其可大为改善,其可溶于稀酸溶于稀酸中,如甲酸、乙酸等中,如甲酸、乙酸等,但仍不溶于,但仍不溶于水水。溶解性溶解性吸附性吸附性多功能性多功能性成膜性成膜性无毒无毒生物相容生物相容性性生物降解生物降解性性SolubilityLidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,
10、才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目10因为甲壳素和壳聚糖分子中氮含量高因为甲壳素和壳聚糖分子中氮含量高(6.89%)(6.89%),所以是性,所以是性能优异的能优异的螯合剂螯合剂,可可通过螯合和离子交换吸附重金属离子、通过螯合和离子交换吸附重金属离子、染料等染料等。甲壳素和壳聚糖分子链上有羟基、乙酰氨基、氨基多甲壳素和壳聚糖分子链上有羟基、乙酰氨基、氨基多种官能团,极具种官能团,极具反应活性反应活性,可以进行交联、接枝、酰化、,可以进行交联、接枝、酰化、磺化、羧甲基化、烷基化、硝化、氧化还原、络合等多磺化、羧甲基化、烷基化、硝化、氧化还原、
11、络合等多种反应。种反应。具有具有较好的较好的成膜性成膜性,其膜具有光泽,透明而柔韧,其膜具有光泽,透明而柔韧,并有较好的并有较好的透气性透气性。溶解性溶解性吸附性吸附性多功能性多功能性成膜性成膜性无毒无毒生物相容生物相容性性生物降解生物降解性性Adsorption propertiesMulti-functional reactionFilm formationLidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目11甲壳质和壳聚糖分别被降
12、解为乙酰葡萄糖胺和葡萄糖甲壳质和壳聚糖分别被降解为乙酰葡萄糖胺和葡萄糖胺,这两种物质本身在人体中就存在,所以其有优异的胺,这两种物质本身在人体中就存在,所以其有优异的生生物相容性物相容性。甲壳素和壳聚糖是天然高分子,具有优异的甲壳素和壳聚糖是天然高分子,具有优异的降解性降解性能,能,通过自然界的甲壳素酶、溶菌酶和壳聚糖酶等可将其完通过自然界的甲壳素酶、溶菌酶和壳聚糖酶等可将其完全生物降解。全生物降解。甲壳素是天然多糖,甲壳素是天然多糖,没有毒性没有毒性和副作用,其安全性和和副作用,其安全性和砂糖近似。砂糖近似。(砂糖致死量为砂糖致死量为18g/kg18g/kg,而甲壳质为,而甲壳质为16g/k
13、g).16g/kg).溶解性溶解性吸附性吸附性多功能性多功能性成膜性成膜性无毒无毒生物相容生物相容性性生物降解生物降解性性BiodegradabilityNon-toxicityBiocompatibilityLidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目fiber formation12甲壳素和壳聚糖是用途广泛的新型材料。将其加工甲壳素和壳聚糖是用途广泛的新型材料。将其加工纺制成纤维纺制成纤维,进而加工成医用材料是近些年来科学家们
14、进而加工成医用材料是近些年来科学家们研究的重要课题之一。研究的重要课题之一。传统的方法是传统的方法是湿法纺丝湿法纺丝。raw materials Chitin/CS dissolution filtration defoaming measurement spinning coagulating bath stretch winding spraying drying productLidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目13
15、2 23 31 119261926年年KunikeKunike首次在首次在6%6%10%10%的甲壳素的甲壳素/冷浓硫酸冷浓硫酸溶溶液中纺出甲壳液中纺出甲壳素纤维素纤维Von WeimarnVon Weimarn:强水合作用的强水合作用的无机盐无机盐(LiCNSLiCNS、CaClCaCl2 2、CaICaI2 2等)等)Clark and SmithClark and Smith:饱和的饱和的硫氰酸硫氰酸锂锂溶液溶液湿法纺丝的关键是甲壳素要先溶于适当的溶剂中,然湿法纺丝的关键是甲壳素要先溶于适当的溶剂中,然后才能进行纺织。所以选用合适的溶剂成为关注的热点。后才能进行纺织。所以选用合适的溶剂成
16、为关注的热点。Lidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目1卤代的有机卤代的有机溶剂溶剂2氨基化合物氨基化合物-氯化锂体氯化锂体系系3氧化铵氧化铵-水水体系体系Novel solvent spin systemsdetailnovel14Lidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“
17、精准扶贫”项目15AustinAustin:氯乙醇:氯乙醇+硫酸硫酸Fuji Spinning Company:Fuji Spinning Company:水水+二氯乙酸(二氯乙酸(DCADCA)BrineBrine:三氯乙酸:三氯乙酸(TCATCA)KifuneKifune:TCA+TCA+一一/二二/三三氯甲烷氯甲烷TokuraTokura:甲酸:甲酸(FAFA)+DCA+DCA+异丙醚异丙醚Unitika CoUnitika Co:TCA+TCA+水合水合三氯乙醛三氯乙醛+二氯乙烷二氯乙烷卤化的卤化的有机溶有机溶剂剂backLidan,School of Chemistry&Chemic
18、al Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目16由于甲壳素和壳聚糖的分子结构具有较大的刚性由于甲壳素和壳聚糖的分子结构具有较大的刚性,故故在适当的溶剂中它们都可以形成溶致型液晶在适当的溶剂中它们都可以形成溶致型液晶,并且具有较并且具有较低的临界浓度。甲壳素纤维要实用化低的临界浓度。甲壳素纤维要实用化,提高强度是是十分提高强度是是十分必要的。而必要的。而液晶纺丝液晶纺丝对于改善纤维的强度和模量等机械对于改善纤维的强度和模量等机械性能具有较明显的效果。性能具有较明显的效果。甲壳素的液晶纺丝尚无报道
19、。壳聚糖可按下法纺丝甲壳素的液晶纺丝尚无报道。壳聚糖可按下法纺丝:Novel spinning method壳聚糖壳聚糖5%溶液溶液液晶态液晶态纤维纤维甲酸甲酸蒸发溶剂蒸发溶剂甲醇甲醇+NaOH+NaOHLidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目Modification17甲壳素由于甲壳素由于乙酰氨基乙酰氨基的存在,的存在,分子间的氢键分子间的氢键作用很强,作用很强,因而溶解困难。而壳聚糖因为有游离氨基的存在,其反应因而溶解困难
20、。而壳聚糖因为有游离氨基的存在,其反应活性比甲壳素高,但溶解性也差。为此,人们活性比甲壳素高,但溶解性也差。为此,人们进行进行多种改多种改性以增加甲壳素和壳聚糖的溶解性。性以增加甲壳素和壳聚糖的溶解性。modificationPhysical modificationpolyelectrolyteinorganicsChemical modificationLidan,School of Chemistry&Chemical Engineering认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目18 甲壳素和壳聚糖的甲壳素和
21、壳聚糖的酰化反应酰化反应是化学改性研究最早的一种反是化学改性研究最早的一种反应。通过引入不同分子量的脂肪或芳香族酰基应。通过引入不同分子量的脂肪或芳香族酰基,所得产物在有所得产物在有机溶剂中的溶解度可大大改善。早期的酰化反应是在乙酸和机溶剂中的溶解度可大大改善。早期的酰化反应是在乙酸和酸酐或酰氯中进行的酸酐或酰氯中进行的,反应条件温和反应条件温和,反应速度较反应速度较快快 。酰化甲壳素及其衍生物中的酰基破坏了甲壳素及其衍生物酰化甲壳素及其衍生物中的酰基破坏了甲壳素及其衍生物大分子间的氢键大分子间的氢键,改变了它们的晶态结构改变了它们的晶态结构,提高了甲壳素材料的提高了甲壳素材料的溶解性溶解性。
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