浅谈多糖液晶态生物材料

唐敏健

(国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 广东广州 510530)

液晶,是一种介于各向异性晶体和各向同性液体之间的有序流体,所以又称为介晶相。从分子水平观察生物体结构,众多的生物分子在体内通过各种排列组合,构成细胞、组织、器官。细胞膜、蛋白质等,都是由生物大分子在水溶液中有序排列而成,既有液体的流动性,又有与晶体类似的有序性,因而正好处于液晶态[1]。生物体内存在的液晶态与生物体的生长发育、新陈代谢、信息传递、物质传输等密切相关。

糖类物质是生物体的重要组成部分,除了糖代谢为生命活动提供能量外,它与蛋白质等所形成的复合物对生命活动能起到特殊的作用,如免疫、分子识别和信息传递等,它的生命活动与液晶性之间有着重要的关系[2]。壳聚糖是甲壳素部分或全部脱乙酰化的产物。壳聚糖链上有大量氨基存在,使其分子内和分子间氢键有别于甲壳素。通过接枝反应,可将糖基、多肽、聚酯链、烷基链等引入壳聚糖中,获得不同性能的壳聚糖衍生物。研究表明,在组织工程中被广泛应用于吸收性手术缝合线、医用敷料、药物缓释体系等。

1 甲壳素/壳聚糖液晶的研究现状

1982年,Ogura等[3]首次报道当壳聚糖具有胆甾相的指纹织构,指出羟丙基壳聚糖及其醋酸酯也有溶致液晶性。Sakurai等[4]报道了从甲酸溶液制备的壳聚糖薄膜和纤维中均能观察到典型取向液晶态的条纹织构。Rout等[5]报道了呈现溶致液晶的N-邻苯二甲酰化壳聚糖衍生物,以及取代基或溶剂的改变对液晶态产生的影响。Rout等[6,7]用光散射测定实验研究了不同脱乙酰化壳聚糖在醋酸/NaCl体系中的溶致液晶性质、壳聚糖在羟基二丁酸中的液晶现象。董炎明[8]所率课题组研究甲壳素/壳聚糖及其衍生物的液晶行为,报道了分子量、脱乙酰度对壳聚糖及其衍生物溶致液晶的临界浓度的影响,并对壳聚糖的衍生物N-马来酰壳聚糖、氰基壳聚糖、丁酰化壳聚糖、羟丙基壳聚糖、低分子量壳聚糖、纤维素与壳聚糖共混等液晶行为进行报道。叶芬等[9]制备了壳聚糖液晶材料,研究了细菌在液晶支架上的生长情况并考察了其生物相容性,暗示液晶态的材料能够更好地促进细胞的粘附、生长、增殖以及分化。壳聚糖与明胶的质量比为7∶3时,其液晶织构和生物相容性较好。李兰英[10]等研究从仿生角度出发制备壳聚糖液晶薄膜,发现壳聚糖液晶薄膜呈现典型的胆甾相液晶织构,具有更好的亲水性能,而且能更好地促进L929细胞黏附、生长、增殖及分化,表现出良好的生物相容性。为开发新型生物材料和更好地模拟体内微环境提供了新的思路。

2 结语

生命体中的多糖由于具有刚性或半刚性链、螺旋或双螺旋结构,且在生物体内的含量通常在形成溶致液晶的临界浓度之上,存在典型的液晶行为。对生物体存在液晶态的研究及生物液晶材料与细胞相互作用的考察,为人们开发新型的生物材料,具有广阔的应用前景。

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[2]高山峻,等.液晶性多糖的研究进展及其应用.化学与生物工程,2009,26(7):75-78.

[3]Ogura K et al. Liquid crystalline phases based on chitosan and its derivatives.Chitin chitosan proceeding Int.Conf.2nd,Tottori,Japan,1982:39-44.

[4]Sakurai Ket al.Crystal structure of chitosan.Ⅱ.Molecular packing in unit cell of crystal.Sen′i Gak-kaishi,1985,41(9):T361-T36.

[5]Rout D K, et al.Liquid-crystalline characteristics of sitselectively-modified chitosan.Macromo-leculars,1993,26(22):5999-6006.

[6]Rout D Ket al.Gel-sol transition and themotropic behavior of a chitosan derivative in lyotropic solution.Macromoleculars,1993,26(22):6007-6010.

[7]Rout D Ket al. Cholesteric mesophases formed by the modified biological macromolecule 3,6-O-(butyl carbamate)-N-phthanloyl chitosan.Macromoleculars,1994,27(11):2945-2950.

[8] Dong Y Met al. Change of handedness in cholesteric liquid crystalline phase for N-phthaloyl chitosan solutions in organic solvents.Carbohydrate Research,2003,338(16):1699-1705.

[9]叶芬,等.壳聚糖支架在组织工程中的应用.功能材料,2002,33(5):459-461.

[10]李兰英,等.壳聚糖液晶膜生物相容性的研究.中国生物医学工程学报,2008,27(5).