壳聚糖及其衍生物在抗菌与转基因领域的研究

论文摘要

壳聚糖是一种源于自然界的多糖类生物大分子,具有良好生物相容性、生物可降解性、亲水性、抗菌性等多种优良性质,并被广泛应用于生物医学领域。其中,用作抗菌材料和基因递送材料是最为吸引人的两大领域。我们从壳聚糖本身所具有的优良性质和化学反应活性出发,设计、合成并表征了多种可用于抗菌与转基因领域的壳聚糖衍生物。本论文的研究内容包括以下三个方面：（1）以EDC/NHS为催化剂,利用壳聚糖和精氨酸为原料,合成了三种不同精氨酸取代度（8.7～28.4%）的壳聚糖-N-精氨酸样品（chitosan-N-arginine, CS-N-Arg）,并利用FT-IR、13C NMR、元素分析、X射线衍射、浊度法以及热重分析表征了CS-N-Arg样品的理化性质。结果显示,相比壳聚糖而言,CS-N-Arg样品具有更多的无定形区,pH依赖性水溶性有所增加。同时,其热稳定性有所下降。抗菌实验表明,当样品浓度高于150 ppm时,样品能抑制所有细菌（金黄色葡萄球菌和大肠杆菌）的生长；但是,当样品浓度低于50 ppm时,样品表现出促进细菌生长的特性；当样品浓度介于50到150 ppm时,样品的抗菌性能和自身的精氨酸取代度和浓度密切有关。这些结果表明壳聚糖-N-精氨酸样品有望用来制作创伤敷料的成分来赋予其抗菌活性。（2）利用壳聚糖和缩水甘油基三甲基氯化铵（Glycidyl Trimethyl Ammonium Chloride, GTMAC）为原料,在中性水环境中,合成了三种不同季铵根取代度（12.4～43.7%）的N-（2-羟丙基三甲基）壳聚糖（N-（2-hydroxy）propyl-3-trimethyl ammonium chitosan chloride, HTCC）,并利用FT-IR、1H NMR、电位滴定、X射线衍射以及热重分析测定了HTCC样品的理化性质。结果显示,相比壳聚糖而言,HTCC样品具有更多的无定形区,同时,其热稳定性有所下降。细胞毒性实验的结果显示三种HTCC样品的毒性均远低于聚乙烯亚胺（分枝状,25 kDa）的。HTCC样品能与荧光素酶质粒（pGL3）在溶液中自发形成纳米微球。当HTCC样品与质粒的质量比在3：1到20：1之间时,其粒径分布于160到300 nm之间,同时,zeta-电位为10.8～18.7 mV。以Hela细胞为对象细胞,相比壳聚糖而言,体外转基因实验表明HTCC样品表现出更高的转基因效率。HTCC的这些特点使其有望发展成为一种新的安全高效的非病毒转基因载体。（3）利用壳聚糖、乳糖酸、GTMAC为原料,先后将乳糖酸和GTMAC共价结合到壳聚糖的自由氨基上,得到半乳糖基化度和季铵根取代度分别为13.7%和30.8%的双功能修饰的肝靶向壳聚糖衍生物（gal-HTCC）,并利用FT-IR、1H NMR、元素分析、X射线衍射以及浊度法测定了gal-HTCC样品的理化性质。结果显示,相比壳聚糖而言,半乳糖基化壳聚糖（gal-chitosan）和gal-HTCC样品具有更多的无定形区,同时,水溶性也大为增加。以HepG2和Hela细胞为模型的细胞毒性实验显示,gal-HTCC样品的毒性远低于聚乙烯亚胺（分枝状,25 kDa）的。Gal-HTCC样品能与荧光素酶质粒（pGL3）在溶液中自发形成纳米微球。当gal-HTCC与质粒的质量比为3:1时,复合体的粒径达到最小值（235 nm）。以HepG2细胞为对象细胞,相比壳聚糖和gal-chitosan而言,体外转基因实验表明gal-HTCC样品表现出更高的转基因效率。由上述结果可以看出gal-HTCC有望发展成为一种新的安全高效的肝靶向性非病毒转基因载体。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 壳聚糖的概述
• 1.2 壳聚糖及其衍生物作为抗菌材料的研究
• 1.3 壳聚糖及其衍生物作为转基因载体的研究
• 1.4 课题的提出
• 第二章 壳聚糖-N-精氨酸的合成、表征及其抗菌性能评价
• 2.1 引言
• 2.2 材料与仪器
• 2.3 实验方法
• 2.4 结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 N-（2-羟丙基三甲基）壳聚糖的合成、表征及其转基因效率研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与仪器
• 3.3 实验方法
• 3.4 结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 肝靶向性双功能壳聚糖衍生物的合成、表征及其转基因效率研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与仪器
• 4.3 实验方法
• 4.4 结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 主要研究结果
• 5.2 特色与创新
• 5.3 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间的科研成果
• 附录2 主要符号和缩略词表