CN110548019A - 一种用于吸附呼吸道中可吸入颗粒物的大分子多糖 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于吸附呼吸道中可吸入颗粒物的大分子多糖，属于大分子多糖领域，其化学名称为聚葡萄糖胺β‑(1‑4)‑2‑氨基‑2‑脱氧‑D‑葡萄糖，本发明是将具有水溶性、粘稠性和生物相融性，对人体无毒、无剌激、无过敏大分子多糖制成非定量溶液型气雾剂。分子中具有强亲水性基团，如羟基、羧基，能够与水分子形成氢键。气雾剂将大分子多糖雾状喷出，经口腔吸入气管、支气管及深肺部。雾滴均匀地附着于呼吸道内壁粘膜及纤毛上。雾滴中的大分子多糖分子通过分子极性、范德华力、静电力(氢键)、配位键和物理黏性等方式将进入呼吸道的尘霾(PM2.5)吸裹于多糖分子内。从而尽可能地减少尘霾(PM2.5)滞留于深肺部和通过肺泡进入血液，从而达到防护的作用。

Description

一种用于吸附呼吸道中可吸入颗粒物的大分子多糖
技术领域
本发明涉及大分子多糖领域，具体地说，本发明涉及一种用于清除呼吸道中可吸入颗粒物的大分子多糖。
背景技术
在大气中悬浮的粉尘是一种颗粒物(TSP)，其粒径通常为(0~100µm) 。对人体危害较大的是可吸入颗粒物(PM10, 0~10µm) 、细颗粒物(PM5, 0~5µm) 和超细颗粒物(尘霾PM2.5, 0~2.5µm) 。可吸入颗粒物、细颗粒物和超细颗粒物的特点是粒径小，不易分解，沉降速率缓慢，故可在空气中停滞时间长，扩散范围大。人体整个呼吸道有三道保护屏障，一、鼻毛阻挡细菌、病毒和灰尘进入呼吸道；二、气管上皮细胞分泌的粘液将灰尘粘住并随粘膜上皮的纤毛运动将其从口腔排出；三、肺泡的过滤。人体吸入PM10和PM5往往会滞留在肺上，长久会得夕肺或肺癌。尘霾(PM2.5)可以通过人体肺泡，进入血液循环系统，难以排出，逐渐累积，从而危害身体健康，如果长期过量吸入尘霾(PM2.5)，则会大大提高疾病的发生率和死亡率。
目前，总悬浮的粉尘排放中90%以上的PM2.5进入空气中，现有的除尘设置和个人防护对PM2.5阻挡率又非常有限。空气中PM2.5指数已成为空气质量指标之一。虽然尘霾(PM2.5) 来自多种 排放源，有多种物理形态，多种化学组分和化学结构，但可分为: 1. 带正电荷尘霾 (PM2.5+); 2. 带负电荷尘霾(PM2.5-); 3. 中性尘霾(PM2.5) 。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以吸附呼吸道中可吸入颗粒物的大分子多糖。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于吸附呼吸道中可吸入颗粒物的大分子多糖，其化学名称为聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，分子式为(C6H11NO4)n单元体的分子量为161.2，其化学结构式为，
。
优选的，聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖分子中带有游离氨基(-NH2)，在酸性溶液中易成盐，呈阳离子性质(-NH3 +)，成盐状态的聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖主链带有正电荷，对其周围的带负电荷的尘霾(PM2.5-) 有螯合作用，聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖分子中的氨基(-NH2)和与氨基相邻的羟基(-OH) 对带正电荷的尘霾(PM2.5+)也具有螯合吸裹作用。
优选的，聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖具有水溶性和黏性，聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖主链在S曲线的范围时分子量与黏性呈正比关系，粘性状态的聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖具有物理吸裹作用，它也能吸裹中性尘霾(PM2.5)。
优选的，聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖无毒性。
采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
本发明是将具有水溶性、粘稠性和生物相融性，对人体无毒、无剌激、无过敏大分子多糖制成非定量溶液型气雾剂。分子中具有强亲水性基团，如羟基、羧基，能够与水分子形成氢键。气雾剂将大分子多糖雾状喷出，经口腔吸入气管、支气管及深肺部。雾滴均匀地附着于呼吸道内壁粘膜及纤毛上。雾滴中的大分子多糖分子通过分子极性、范德华力、静电力(氢键)、配位键和物理黏性等方式将进入呼吸道的尘霾(PM2.5)吸裹于多糖分子内。大分子多糖分子中的功能基团对带电荷尘霾离子有选择性亲和吸裹作用，大分子多糖的表观粘度也有物理吸裹作用，两者均可吸裹尘霾(PM2.5)，进而发挥功效。大分子多糖吸裹尘霾(PM2.5)后附着在湿润的支气管壁上，通过支气管上皮的纤毛运动，推向上呼吸道，通过咳嗽将吸裹尘霾(PM2.5)的大分子多糖一起排出体外，起到了减少尘霾(PM2.5)进入血液和保护肺脏的作用。大分子多糖不仅能吸裹中性尘霾(PM2.5)，也能吸裹带正电荷尘霾(PM2.5+)和带负电荷尘霾(PM2.5-)。大分子多糖的雾化吸入可将雾滴最均匀地分散附着于纤毛上，最大化增加纤毛表面容积（如附图1所示），雾滴的表面积越大越容易接触到吸入的尘霾(PM2.5)，使其最大效能地吸裹尘霾(PM2.5)。从而尽可能地减少尘霾(PM2.5) 滞留于深肺部和通过肺泡进入血液，从而达到防护的作用。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为雾滴附着于呼吸道纤毛上增加纤毛表面容积示意图；
图2为大分子多糖-细颗粒物吸附包裹物的分子结构示意图；
图3为分子多糖-细颗粒物吸附包裹物的示意图；
图4为壳聚糖单元对带负电荷细颗粒物（PM2.5-）的吸附包裹示意图；
图5为壳聚糖吸附包裹中性细颗粒物（PM2.5）的示意图，其中为中性细颗粒物（PM2.5）；
图6为为模拟体外实验的示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
如图1所示，聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖简称大分子多糖，大分子多糖稳定性好，无味、无嗅，有粘性，生物相附性好。无毒副作用、无刺激性、无过敏性。由于大分子多糖是聚合结构呼吸道中没有消化分解的水解酶，附着于气管和支气管内壁的绒纤毛上和呼吸道壁上的大分子多糖不会被呼吸道粘膜组织吸收，所以大分子多糖只能以人体自然的排痰方式将其排出体外。痰是人体呼吸道的分泌物，它是通过支气管纤毛运动上皮纤毛的运动，从肺部向上呼吸道推动，最后，通过人的正常咳嗽反射从气管内咳出，正常人痰很少，只是保持呼吸道湿润而分泌的少量粘液。但当人吸入刺激性气体、尘埃、致病细菌、病毒等有害微生物时，上呼吸道就可能发生炎症，或者肺部发生疾病，呼吸道就会分泌增加，痰量就会增加。如图2、3所示，大分子多糖溶液的呼吸道喷雾可增加呼吸道湿润度，同时大分子多糖能有效吸裹吸入的尘霾(PM2.5)，最后大分子多糖-尘霾吸裹物通过支气管上皮的纤毛运动，推向上呼吸道，通过咳嗽将大分子多糖-尘霾吸裹物排出体外。
大分子多糖对尘霾(PM2.5) 的吸裹效能与其浓度有关，而大分子多糖的分子量与启动呼吸道排痰功能有关。大分子多糖合适浓度为：1~40%，大分子多糖最佳分子量为：1000~500000。
如图6所示，在模似的体外实验中表明，大分子多糖溶液对经过管道的粉尘吸附率为95.5%±3.0%，吸附能力是空白对照的66.0±4.3倍。
如图4、5所示，分子结构与吸裹性能取决于：1. 分子结构组成；2. 功能基团；3.分子极性。大分子多糖可为多聚糖类：右旋糖酐羟乙基淀粉、纤维素、淀粉、肝糖，半纤维素，海藻酸；杂多糖类：聚氨基葡萄糖等；粘多糖类：硫酸类肝素，琥珀酰明胶、聚明胶肽、硫酸软骨素和透明质酸等。大分子多糖分子中的功能基团，如：羟基(-OH)、氨基(-NH2)、胺基(-NH-)、羧基(-COOH)、酯基(-COO-)、醛基(-CHO) 、羰基(-CO-)、酰胺(-CONH-)、硝基(-NO2) 、亚硝基(-NO) 、氰基(-CN) 、磺酸基(-SO3H、-SO3-)等极性功能基团对带电荷尘霾(PM2.5)有吸裹作用。大分子多糖具有表观粘度(Apparent viscosity) 是物理黏性指标，物理黏性可有效吸裹带正电荷尘霾 (PM2.5+) 和带负电荷尘霾(PM2.5-)及中性尘霾(PM2.5)。
聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖的大分子多糖的结构式为：
如图4所示，本大分子多糖分子中带有游离氨基(-NH2)，在酸性溶液中易成盐，呈阳离子性质(-NH3 +)，成盐状态的大分子多糖主链带有正电荷，对其周围的带负电荷的尘霾(PM2.5-) 有螯合作用。另外，大分子多糖分子中的氨基(-NH2)和与氨基相邻的羟基(-OH) 对带正电荷的尘霾(PM2.5+)也具有螯合吸裹作用。
如图5所示，水溶性大分子多糖是具黏性的，大分子多糖主链在S曲线的范围时分子量与黏性呈正比关系。粘性状态的壳聚糖具有物理吸裹作用。它也能吸裹中性尘霾(PM2.5)。
大分子多糖无毒性，壳聚糖小鼠口服 LD50 = 16g/kg；小鼠、 大鼠口服 15g/kg/day，连续服3个月不显任何毒副作用。
实验的实施例1
一种用于清除呼吸道中可吸入颗粒物的雾化剂，其原料包括：10g分子量为100000的大分子多糖、10g分子量为50000的海藻酸和100g水。
采用浊度检测仪（TURBIDITY METER，TU-2016）、硅胶管（内径17mm，长0.6m）、气筒、实施例1所得大分子多糖-海藻酸混合溶液、细面粉进行模拟体外实验，如图6所示，具体如下：
1、将0.1g细面粉倒入30mL纯水中，摇均，取10mL，用纯水稀释到30mL，摇均，测试浑浊度（T1）。取实施例5所得大分子多糖-海藻酸混合溶液喷雾到一根硅胶管内壁，再将0.1g细面粉放入硅胶管口外，再用气筒一次性吹细面粉。之后用30mL纯水分次洗出管内细面粉，摇均，取洗出的水10mL，用纯水稀释到30mL，摇均，测试浑浊度（T2），将上述浑浊度数据代入公式一中，计算大分子多糖的吸附包裹百分率（%）；
2、将0.1g细面粉放入一根干燥的硅胶管内，再用气筒一次性吹细面粉。之后各用30mL纯水分次洗出管内细面粉。取洗出的水10mL，用纯水稀释到30ml，摇均，测试浑浊度（T3） ，将上述浑浊度数据代入公式二中，计算大分子多糖吸附包裹与对照的倍数。
——公式一
——————公式二
带入公式后的计算数据如下表：
上述模拟的体外实验中表明：大分子多糖溶液对经过管道的粉尘吸附率为95.5±3.0%，吸附能力是空白对照的66.0±4.3倍，证实大分子多糖可有效清除可吸入颗粒物的功效。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于吸附呼吸道中可吸入颗粒物的大分子多糖，其特征在于：其化学名称为聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，分子式为(C6H11NO4)n单元体的分子量为161.2，其化学结构式为，
。
2.根据权利要求1所述的用于吸附呼吸道中可吸入颗粒物的大分子多糖，其特征在于：聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖分子中带有游离氨基(-NH2)，在酸性溶液中易成盐，呈阳离子性质(-NH3 +)，成盐状态的聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖主链带有正电荷，对其周围的带负电荷的尘霾(PM2.5-) 有螯合作用，聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖分子中的氨基(-NH2)和与氨基相邻的羟基(-OH) 对带正电荷的尘霾(PM2.5+)也具有螯合吸裹作用。
3.根据权利要求1所述的用于吸附呼吸道中可吸入颗粒物的大分子多糖，其特征在于：聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖具有水溶性和黏性，聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖主链在S曲线的范围时分子量与黏性呈正比关系，粘性状态的聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖具有物理吸裹作用，它也能吸裹中性尘霾(PM2.5)。
4.根据权利要求1所述的用于吸附呼吸道中可吸入颗粒物的大分子多糖，其特征在于：聚葡萄糖胺β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖无毒性。
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Application publication date: 20191210

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