[发明专利]双改性羧甲基壳聚糖衍生物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及壳聚糖化学改性领域。更具体地，涉及一种化学双改性的羧甲基壳聚糖衍生物及其制备方法。

背景技术

甲壳素广泛存在于低等植物菌类，虾、蟹、昆虫等甲壳动物的外壳及真菌的细胞壁等，是自然界中储量仅次于纤维素的天然可再生资源。壳聚糖化学名为(1，4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，是甲壳素脱乙酰后得到的一种碱性多糖。壳聚糖具有良好的生物相容性和生物可降解性，以及抗菌性能。但是由于壳聚糖不溶于水，极大地限制了其在许多领域的应用。

壳聚糖可以在碱性条件下通过羧甲基化反应得到羧甲基壳聚糖(J.Adv.Drug.Deliv.Rev.2001,50,591.)。羧甲基的引入赋予了壳聚糖良好的水溶性，拓宽了壳聚糖的适用范围。然而，化学结构的改变在一定程度影响了羧甲基壳聚糖的抗菌性能和生物相容性。

季铵盐类抗菌剂是目前研究较多的一类水溶性抗菌剂，但是小分子抗菌剂存在易挥发、不易加工、生物相容差等缺点。将季铵盐接枝在壳聚糖主链上不但可以大幅改善壳聚糖的水溶性，而且还可以有效提高其抗菌能力(Jia Z.et al.Carbohyd.Res.2001,333,1；Lim S.H.and Hudson S.M.Carbohyd.Res.2004,339,313)。然而，由于季铵盐的细胞毒性较强，季铵盐改性壳聚糖的生物相容性受到极大影响。

精氨酸为碱性带正电氨基酸，具有优异的生物相容性。在主链上引入精氨酸能够有效提高壳聚糖的生物相容性。而且，精氨酸含有胍基基团，质子化后带正电，可以与表面带负电的细菌作用，从而达到一定的抑菌效果。但由于精氨酸改性壳聚糖抗菌性能有限，目前主要用于基因转染和抗凝材料等方面的研究(Casettari L.et al.Biomaterials 2012,33,7565)。

由此可见，通过单一改性方法制备的壳聚糖衍生物难以同时具备良好的水溶性、抗菌性和生物相容性。因此，通过新的制备方法得到兼具上述多种性能的改性壳聚糖衍生物，将能够很大程度上推进壳聚糖衍生物在许多领域的进一步应用。因此，需要提供一种全新的双改性羧甲基壳聚糖衍生物及其制备方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种新的双改性羧甲基壳聚糖衍生物。在羧甲基壳聚糖主链上同时修饰季铵盐和(寡聚)精氨酸，两种功能基团的分布是无规的。羧甲基壳聚糖本身具有良好的水溶性，在此基础上，季铵盐和(寡聚)氨基酸的引入赋予其良好抗菌性能和生物安全性。

本发明的另一个目的在于提供一种制备双改性羧甲基壳聚糖衍生物的方法。该制备方法反应条件相对温和，并且制备过程不使用有机溶剂，不产生有毒物质，整个生产工艺节能环保，可大规模工业化生产。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种双改性羧甲基壳聚糖衍生物，所述双改性羧甲基壳聚糖衍生物的分子结构式如式(1)所示

其中，x、y、z和n为自然数，1≤x≤10000，1≤y≤10000，1≤z≤10000，1≤n≤30。

作为本领域公知常识，羧甲基壳聚糖是壳聚糖的羧甲基化产物。由于羧甲基取代度不同，羧甲基壳聚糖含有不同比例的未羧甲基化单元，如由于壳聚糖原料脱乙酰度不同，羧甲基壳聚糖也会含有不同比例的未脱乙酰单元，如

作为本领域公知常识，通常用通式来表示羧甲基壳聚糖。但是本领域技术人员应当知晓，羧甲基壳聚糖原料分子链中会含有部分未羧甲基化单元，以及含有部分未脱乙酰的单元。

本发明中,上述分子结构式(1)中，三个重复单元在高分子链中的排列顺序并非是完全按照结构式中所标注的顺序，而是采取无规则的排列方式在高分子链中排列组合的。也就是说，双改性羧甲基壳聚糖衍生物分子链中的(寡聚)精氨酸取代基以及季铵盐取代基呈无规则排列。

本发明首次成功制备季铵盐和(寡聚)精氨酸双改性羧甲基壳聚糖衍生物，在保留了羧甲基壳聚糖良好水溶性的前提下，同时提高了羧甲基壳聚糖的抗菌性能和生物安全性。该产物是一种高性能的绿色抗菌剂。