1.1 壳聚糖的概述

壳聚糖（Chitosan，CS）是一种天然高分子碱性多糖，是甲壳素的N-脱乙酰基产物^[1]，如图1-1。两者之间无严格界限，通常认为甲壳素脱乙酰度达到50%以上就可称之为壳聚糖，且脱乙酰度越高，相对稳定性越差，但生物相容性和机械强度都会加强^[2]。壳聚糖可溶于盐酸、醋酸以及部分有机酸，不溶于稀硫酸、磷酸、水以及碱性溶液等^[3,4]。壳聚糖分子链上丰富的氨基和羟基可使其制备众多衍生物，在改善其水溶性等一系列性能的同时，也拓宽了壳聚糖的应用范围，在医药、环保、食品、化妆品、分离膜材料以及生命科学、功能材料等领域成为新的研究热点^[5]。

1.1.1 壳聚糖的生物学特性

（1）生物相容性。壳聚糖（CS）兼具纤维素和胶原质两者的生物性能^[6]，具有良好的组织相容性和力学相容性，几乎没有免疫原性。国内外学者对其进行毒理学研究，结果证明CS是安全无毒的^[7]。含有CS的组织工程材料应用广泛，该材料作为支架植入生物体内后，无炎症产生，且孔中有胶原生成，说明材料本身有非常低的细胞免疫反应和较好的生物相容性^[8]。

（2）生物可降解性。壳聚糖的体外降解一般分为化学法、物理法和酶解法。化学法包括酸降解法和氧化降解法，物理降解法有辐射法、光降解法、超声波降解法等。跟上述两种方法相比，酶降解法具有条件温和、无副反应、产物生物活性高等优点。壳聚糖的体内降解主要通过溶菌酶等降解成葡萄糖胺和低分子壳寡糖，这些物质可被人体吸收利用^[9]。

（3）止血作用和促进伤口愈合作用。壳聚糖因其含有活泼的极性氨基以致表面充满正电荷，这些正电荷与红细胞表面带负电的氨酸残基相互作用，介导红细胞汇集，以此实现止血，且高分子量的壳聚糖凝血能力更好。壳聚糖通过促进愈合张力增强，引导组织再生，从而加快伤口愈合，其作为伤口敷料应用十分广泛。

（4）抗菌活性。壳聚糖能够抑制多种细菌的生长，尤其对真菌和丝状菌类效果更好，如表皮葡萄球菌、大肠杆菌、热带白色念珠菌等^[10]。壳聚糖分子上的氨基使其在酸性条件下具有阳离子性质，而构成细胞壁的磷脂为阴离子。壳聚糖通过与这类阴离子结合，附着于细菌细胞表面，从而抑制了细菌的增殖。此外，低分子化量的壳聚糖可以进入细菌细胞内部，阻止RNA的转录，引起生育禁阻。研究表明，随着浓度和脱乙酰度的提高，壳聚糖的抗菌性能增强。

（5）抗肿瘤活性。与正常细胞相比，肿瘤细胞表面的负电荷较多^[11]，壳聚糖通过吸附到肿瘤细胞表面，使癌细胞无法脱离肿瘤组织，抑制了肿瘤细胞的转移。此外，低分子量的壳聚糖也可直接抑制癌细胞的生长。研究人员通过注射壳聚糖低聚物于患肿瘤老鼠体内，发现其对S180癌细胞的抑制率最高可达65%。

1.1.2 壳聚糖的化学改性及应用

壳聚糖的溶解性很大程度上限制了其应用，制备出溶解性好的壳聚糖衍生物是我们一直努力的研究方向。此外，壳聚糖分子上含有大量的羟基、氨基等活性基团^[17]，这使得在其分子结构中引入各种官能团成为可能，以此改善水溶性及其他性能，在生产生活中带来更多更好的应用价值。