TWI399385B - Chitosan Derivatives and Their Preparation - Google Patents
Chitosan Derivatives and Their Preparation Download PDFInfo
- Publication number
- TWI399385B TWI399385B TW98145524A TW98145524A TWI399385B TW I399385 B TWI399385 B TW I399385B TW 98145524 A TW98145524 A TW 98145524A TW 98145524 A TW98145524 A TW 98145524A TW I399385 B TWI399385 B TW I399385B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- chitosan
- chitosan derivative
- nitrogen
- gallic acid
- derivative
- Prior art date
Links
Landscapes
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Description
本發明是有關於一種幾丁聚醣衍生物，特別是指一種具有抗氧化性、自由基清除能力及紫外線吸收能力之幾丁聚醣衍生物。
幾丁聚醣是由幾丁質進行去乙醯化反應後所製得，為目前最熱門之生物材料之一。幾丁聚醣為陽離子型的天然高分子，具有無毒性、良好的生物相容性、生物可分解性及抗菌性等等優點。但是幾丁聚醣不易溶於水的缺點，使得其應用受到限制，所以，為了改善幾丁聚醣於水中的溶解度，目前大多採用化學修飾方式，使幾丁聚醣的-CH2
OH或-NH2
基團接上有助於溶解之基團而生成經修飾之幾丁聚醣，例如氮-羧甲基幾丁聚醣(N-carboxymethyl chitosan)、氧-羧甲基幾丁聚醣(O-carboxymethyl chitosan)、氮，氧-羧甲基幾丁聚醣(N,O-carboxymethyl chitosan，NOCC)等。
上述的羧甲基幾丁聚醣已知可用於製作傷口敷料、超順磁性奈米粒子、可控制藥物釋出之藥物包覆外層等等，但對於自由基清除能力而言，僅有低分子量之羧甲基幾丁聚醣具有較佳自由基清除能力。因此，如能以羧甲基幾丁聚醣為基礎，進一步修飾其結構，以有效增進之自由基清除能力及同時提昇抗氧化性，應可更有助於製作更多的幾丁聚醣衍生物，更能擴展幾丁聚醣的應用。
因此，本發明之目的，即在提供一種可製成各種形態且具有優異的抗氧化性、自由基清除能力、紫外線吸收能力及抗菌性等性質之幾丁聚醣衍生物，以及此幾丁聚醣衍生物的製法。
於是，本發明之幾丁聚醣衍生物是由下式(I)所示：
，其中，該幾丁聚醣衍生物具有10至500kDa之分子量。
本發明之幾丁聚醣衍生物的製法包含在一羧基活化劑的存在下，使氮，氧-羧甲基幾丁聚醣與沒食子酸進行反應。
本發明的幾丁聚醣衍生物是使氮，氧-羧甲基幾丁聚醣與沒食子酸進行接枝反應而製得。沒食子酸為天然抗氧化劑且具備抗發炎、抗過敏、抗癌等優點，一般被添加於食品中。而本發明藉由將沒食子酸的羧基與氮，氧-羧甲基幾丁聚醣的胺基或羥基進行反應而形成醯胺鍵或酯鍵，使得沒食子酸得以接枝至氮，氧-羧甲基幾丁聚醣，因此，本發明之新穎幾丁聚醣衍生物除了具備氮，氧-羧甲基幾丁聚醣及沒食子酸之原有性質之外，更可提昇各項性質以及改善沒食子酸不易溶於水的缺點，且氮，氧-羧甲基幾丁聚醣及沒食子酸皆屬天然化合物，對環境及人體不會產生損害。
本發明之幾丁聚醣衍生物如下式(I)所示：
，其中，該幾丁聚醣衍生物具有10至500kDa之分子量。
本發明之幾丁聚醣衍生物由於具有不錯的水溶性且可進行自組裝，因此可依據後續應用製作成不同形態。較佳地，該幾丁聚醣衍生物可以含水溶液形式、固體形式或奈米粒子形式存在。
在本發明之製法中，該羧基活化劑是用以讓沒食子酸之羧基得以活化，以與氮，氧-羧甲基幾丁聚醣進行接枝反應。較佳地，該羧基活化劑為可選擇性取代之碳二亞胺與氮-羥基琥珀醯亞胺或氮-羥基硫代琥珀醯亞胺之一組合。該可選擇性取代之碳二亞胺可例如，但不限於1-乙基-3-(3-二甲基胺基丙基)碳二亞胺。
較佳地，該沒食子酸先與該羧基活化劑進行混合，再加入氮，氧-羧甲基幾丁聚醣中進行反應。
較佳地，在進行反應之前，可分別利用溶劑，將氮，氧-羧甲基幾丁聚醣及沒食子酸調製成氮，氧-羧甲基幾丁聚醣溶液及沒食子酸溶液。上述之溶劑可例如，但不限於水、乙醇、甲醇、乙醇及水之組合，或甲醇及水之組合。
需注意的是，當接枝反應是於溶劑中進行時，所製得之幾丁聚醣衍生物是以含水溶液形式存在。如欲進一步獲得固體形式之幾丁聚醣衍生物，可將含有幾丁聚醣衍生物之含水溶液進行冷凍乾燥，以製得呈固體形式之幾丁聚醣衍生物。
較佳地，該製法還包含一自組裝步驟，該步驟是透過調整該幾丁聚醣衍生物之pH值或加入金屬鹽水溶液而進行自組裝，以製得呈奈米形式之幾丁聚醣衍生物。上述之調整pH值的方式可運用一般奈米粒子之自組裝製程進行。
較佳地，該自組裝步驟是將一金屬鹽水溶液滴入該幾丁聚醣衍生物中而完成。
較佳地，該金屬鹽水溶液為含鈣離子或其他過渡金屬離子之水溶液。更佳地，該金屬鹽水溶液為含鐵離子之水溶液、含鈣離子之水溶液或含鋅離子之水溶液。於本發明之一具體例中，該金屬鹽水溶液為氯化鐵水溶液。
本發明製法所製得之幾丁聚醣衍生物可透過調整環境的pH值等方式再進一步變化成不同形式，使得幾丁聚醣衍生物的後續應用更加廣泛。
本發明之幾丁聚醣衍生物可運用在例如美容保養品、醫藥品(如傷口敷料、可控制藥物釋出之藥物包覆外層等)、食品保鮮及抗氧化之可食用包膜、其他生醫材料等等。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
10g之幾丁聚醣(分子量60kDa，去乙醯化程度約為85%，購自日本Koyo Chemical公司)與100mL之異丙醇於室溫下進行混合而獲得一混合液。接著將25mL之濃度為10N的氫氧化鈉水溶液分五次且於25分鐘內加入上述混合液中，然後攪拌30分鐘，再每隔1分鐘且分五次加入60g之單氯醋酸，以獲得一反應液。將反應液加熱至60℃並持續反應3小時，最後再進行過濾、以甲醇清洗及於60℃下乾燥，即獲得氮，氧-羧甲基幾丁聚醣(以下簡稱為NOCC)。
依據以下反應式，將0.01mol之NOCC溶解於100mL之去離子水中並攪拌過夜，以獲得NOCC溶液。將0.01mol之沒食子酸溶解於20mL水中，接著加入0.01mol之1-乙基-3-(3-二甲基胺基丙基)碳二亞胺，然後再加入0.01mol之氮-羥基琥珀醯亞胺並於冰浴下攪拌1小時而獲得一反應物。將反應物慢慢加入NOCC溶液中，獲得一反應液。使此反應液於冰浴下攪拌30分鐘，再移至室溫反應24小時，最後將反應液進行離心過濾，再以乙醇清洗，即獲得一含有幾丁聚醣衍生物(NOCC-GA)的溶液(此溶液包含幾丁聚醣衍生物、乙醇及水)。
將實施例1所製得之含有幾丁聚醣衍生物之溶液調配至濃度為1.0mg/mL。接著在室溫攪拌下，利用移液管將210μL之濃度為1.5mM的氯化鐵水溶液滴入3mL之含有幾丁聚醣衍生物之溶液中，最後於12000rpm的轉速下進行離心10分鐘以獲得含有鐵離子及幾丁聚醣衍生物之混合液。將混合液進行過濾，即可獲得呈奈米粒子形式之幾丁聚醣衍生物。
1.結構鑑定：
(1)傅立葉轉換紅外線光譜儀(FT-IR)：
首先將所使用之幾丁聚醣及沒食子酸，以及實施例1中所製得之氮，氧-羧甲基幾丁聚醣及幾丁聚醣衍生物分別進行乾燥並研磨呈粉狀，接著分別與溴化鉀(待測物與溴化鉀的比例為1:100)進行混合及壓製成試片。最後，分別將上述所製得之試片放入FT-IR中進行測試。所測得之光譜如圖1所示(CS表示幾丁聚醣、NOCC表示氮，氧-羧甲基幾丁聚醣、GA表示沒食子酸，及NOCC-GA表示幾丁聚醣衍生物)。
在圖1中，可發現幾丁聚醣衍生物的曲線出現1730cm-1
及1640cm-1
兩特性吸收峰，顯示酯基及醯胺基的形成，由此可證明沒食子酸確實接枝至氮，氧-羧甲基幾丁聚醣，同時證實幾丁聚醣衍生物確實生成。
(2)核磁共振光譜儀(1
H-NMR)：
將所使用之幾丁聚醣及沒食子酸，以及實施例1所製得之幾丁聚醣衍生物進行乾燥並以氧化氘配製成試樣，接著將此等試樣放入1
H-NMR進行測試，所得結果如圖2所示。
於圖2中，可發現幾丁聚醣衍生物具備沒食子酸所具備之特性吸收峰：6.87、7.05、7.14及8.17ppm等，可證明沒食子酸確實接枝至氮，氧-羧甲基幾丁聚醣，同時證實幾丁聚醣衍生物確實生成。此外，由圖譜中可計算出沒食子酸的接枝率約為10.3%。
2.紫外線吸收能力測試：
取不同量之實施例1所製得之幾丁聚醣衍生物進行乾燥並溶解於乙醇中，以分別製得濃度範圍為31.25、62.5、125、250及500ppm之試樣。將此5個試樣分別放入紫外光-可見光光譜儀(UV-VIS)進行測試，所得結果如圖3所示，曲線a~e分別表示濃度為500、250、125、62.5及31.25ppm的結果。
由圖3之結果可知，不同濃度之幾丁聚醣衍生物分別具有不同的紫外線吸收能力。當濃度越高，紫外線吸收能力也會越高。由此可證明本發明之幾丁聚醣衍生物具備不錯的紫外線吸收能力。
3.自由基清除能力：
(1)1,1-二苯基-2-苦味基肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazine，DPPH)：
取不同量之實施例1所製得之幾丁聚醣衍生物進行乾燥並溶解於乙醇中，以分別製得濃度範圍為31.25、62.5、125、250及500ppm之試樣。取實施例1所製得之氮，氧-羧甲基幾丁聚醣(NOCC)，並以同樣方式調配濃度為500ppm之試樣。
分別取0.25mL之上述6個試樣與2.5mL之DPPH溶液[由濃度50wt%之乙醇所配製之濃度為0.35mM的DPPH溶液]進行混合，以獲得一混合物。將此混合物在室溫之陰暗處放置30分鐘，接著再放置於紫外光-可見光光譜儀測試波長為517nm下吸收度，最後利用下式計算自由基清除能力，所得結果如下表1所示。
DPPH自由基清除能力(%)=(1-試樣所測得之吸收度/DPPH溶液所測得之吸收度)×100%
表1
在表1中，可明顯發現氮，氧-羧甲基幾丁聚醣的自由基清除能力約僅為4.5%，而同樣濃度之幾丁聚醣衍生物的自由基清除能力則高達約78.2%，由此可見本發明之幾丁聚醣衍生物具備優異的自由基清除能力。
(2)2,2’-次偶氮基雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽(2,2’-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)diammoniumsalt，ABTS)：
依據Free Radical Research
,36,2002
,177-187配製ABTS溶液。接著取不同量之實施例1所製得之幾丁聚醣衍生物進行乾燥並溶解於乙醇中，以分別製得濃度範圍為31.25、62.5、125、250及500ppm之試樣。
分別將0.25mL之5個試樣加入2mL之ABTS溶液中，以分別獲得一混合液。將混合液放置於紫外光-可見光光譜儀測試波長為734nm下之吸收度，最後利用下式計算自由基清除能力，所得結果如表2所示。
ABTS自由基清除能力(%)=(1-試樣所測得之吸收度/ABTS溶液所測得之吸收度)×100%
在表2中，可發現當試樣濃度為500ppm時，自由基清除能力約為71.5%。此外，ABTS溶液濃度降至50%之試樣濃度，即EC50
值為219ppm。由上述結果可證明本發明之幾丁聚醣衍生物具有優異的自由基清除能力，適於作為抗氧化材料。
4. 實施例2之奈米粒子的性質測試：
以穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察實施例2所製得之呈奈米粒子形式之幾丁聚醣衍生物的外觀，所得結果如圖4所示。在圖4中，可發現幾丁聚醣衍生物為球形之奈米粒子。
再依據實施例2之步驟及流程，分別將含有不同鐵離子濃度(200、400、600、800及1000ppm)之氯化鐵溶液滴入3mL之含有幾丁聚醣衍生物之溶液中，接著於12000rpm的轉速下進行離心10分鐘，以分別獲得5個混合液。再分別利用雷射奈米粒徑暨表面電位量測儀量測5個混合液中之幾丁聚醣衍生物的平均粒子大小，所得結果如表3所示。
在表3中，幾丁聚醣衍生物的平均粒徑隨著鐵離子濃度增加而變小，但光散射則隨著增加。此結果顯示沒食子酸之羥基與氮，氧-羧甲基幾丁聚醣上之鐵離子配位會引發自組裝過程，證明本發明之幾丁聚醣衍生物可透過調整所處環境(如pH值)而改變其形態。
5.蛋白質的注入及釋出
將1.0mg之血清白蛋白(albumin)溶解於1mL之去離子水中，接著與1mL之實施例1所製得的含有幾丁聚醣衍生物的溶液進行混合而獲得一混合液。在持續攪拌下，將氯化鐵水溶液加入此混合液中，然後於室溫下持續攪拌，即可製得含有血清白蛋白及幾丁聚醣衍生物之奈米粒子。在持續攪拌下，將所製得之奈米粒子分別放入10mL且pH值為3及4之解離媒介中，再於37℃下進行培養。分別於圖5所示之不同時間點，取出上清液50μL並放置在96 well孔盤，再注入新鮮的200μL之緩衝液(CBG-250)，接著利用ELASA方法(570nm)量測上清液內之蛋白質的量，即為蛋白質所釋出的量，所得結果如圖5所示。
在圖5中，可發現蛋白質釋出的量會隨著時間增加而變多，顯示由本發明之幾丁聚醣衍生物所製得之含有蛋白質的奈米粒子可隨著時間增加而釋出，證明本發明之幾丁聚醣衍生物適於作為可控制藥物釋出之藥物包覆外層。
綜上所述，本發明之由式(I)所示之幾丁聚醣衍生物透過將沒食子酸接枝到氮，氧-羧甲基幾丁聚醣，讓所製得之幾丁聚醣衍生物具有不錯的抗氧化性、紫外線吸收能力、自由基清除能力、抗菌性等性質。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
圖1是一分析光譜圖，說明本發明之幾丁聚醣衍生物及所使用之反應物的紅外線光譜圖；
圖2是一分析光譜圖，說明本發明之幾丁聚醣衍生物的核磁共振光譜；
圖3是一分析光譜圖，說明本發明之幾丁聚醣衍生物的紫外線吸收能力測試結果，曲線a~e分別表示濃度為500、250、125、62.5及31.25ppm的結果；
圖4是一分析圖，說明本發明之實施例2所製得之呈奈米粒子形式之幾丁聚醣衍生物的外觀；及
圖5是一分析曲線圖，說明本發明之幾丁聚醣衍生物與蛋白質結合後之釋出能力測試。
Claims (5)
- 一種幾丁聚醣衍生物，是以奈米粒子形式存在且由下式(I)所示：
- 一種如申請專利範圍第1項所述之幾丁聚醣衍生物的製法，包含：在一羧基活化劑之存在下，使氮，氧-羧甲基幾丁聚醣與沒食子酸進行反應，以製得該幾丁聚醣衍生物；及將一金屬鹽水溶液滴入該幾丁聚醣衍生物中進行自組裝，以製得呈奈米粒子形式之幾丁聚醣衍生物。
- 根據申請專利範圍第2項所述之幾丁聚醣衍生物的製法，其中，該羧基活化劑為選擇性取代之碳二亞胺與氮-羥基琥珀醯亞胺或氮-羥基硫代琥珀醯亞胺之一組合。
- 根據申請專利範圍第2項所述之幾丁聚醣衍生物的製法，其中，該沒食子酸先與該羧基活化劑進行混合，以使沒食子酸之羧基活化，再加入氮，氧-羧甲基幾丁聚醣中進行反應。
- 根據申請專利範圍第2項所述之幾丁聚醣衍生物的製法，其中，該金屬鹽水溶液為含鐵離子之水溶液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW98145524A TWI399385B (zh) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Chitosan Derivatives and Their Preparation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW98145524A TWI399385B (zh) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Chitosan Derivatives and Their Preparation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201121996A TW201121996A (en) | 2011-07-01 |
| TWI399385B true TWI399385B (zh) | 2013-06-21 |
Family
ID=45045881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW98145524A TWI399385B (zh) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Chitosan Derivatives and Their Preparation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI399385B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1003526B1 (en) * | 1997-05-06 | 2004-09-29 | Chitogenics, Inc. | Covalently linked n,o-carboxymethylchitosan and uses thereof |
-
2009
- 2009-12-29 TW TW98145524A patent/TWI399385B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1003526B1 (en) * | 1997-05-06 | 2004-09-29 | Chitogenics, Inc. | Covalently linked n,o-carboxymethylchitosan and uses thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. 〈Wanvimol Pasanphan, Garry R. Buettner, Suwabun Chirachanchai〉,〈Chitosan gallate as a novel potential polysaccharide antioxidant: an EPR study〉, 〈Carbohydrate Research〉, 〈Volume 345, Issue 1, 11〉,〈2009/10/02〉 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201121996A (en) | 2011-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112022834B (zh) | 一种负载金丝桃苷的玉米醇溶蛋白-果胶复合纳米颗粒及其制备方法 | |
| Deshmukh et al. | Self-activated fluorescent hydroxyapatite nanoparticles: a promising agent for bioimaging and biolabeling | |
| CN110623937B (zh) | 茶多酚基多功能纳米复合物及其制备方法与应用 | |
| Tong et al. | Stability and structural characteristics of amylopectin nanoparticle-binding anthocyanins in Aronia melanocarpa | |
| Yu et al. | Preparation and characterization of radical and pH-responsive chitosan–gallic acid conjugate drug carriers | |
| Vishnevetskii et al. | l-Cysteine/AgNO 2 low molecular weight gelators: self-assembly and suppression of MCF-7 breast cancer cells | |
| Urzedo et al. | Multifunctional alginate nanoparticles containing nitric oxide donor and silver nanoparticles for biomedical applications | |
| Somu et al. | A biomolecule-assisted one-pot synthesis of zinc oxide nanoparticles and its bioconjugate with curcumin for potential multifaceted therapeutic applications | |
| Akhlaghi et al. | Modified cellulose nanocrystal for vitamin C delivery | |
| Zhang et al. | Fabrication of degradable lemon-like porous silica nanospheres for pH/redox-responsive drug release | |
| Heydari et al. | Preparation and characterization of zwitterionic poly (β‐cyclodextrin‐co‐guanidinocitrate) hydrogels for ciprofloxacin controlled release | |
| Chuysinuan et al. | Electrospun characteristics of gallic acid-loaded poly vinyl alcohol fibers: Release characteristics and antioxidant properties | |
| Heydari et al. | Water-soluble cationic poly (β-cyclodextrin-co-guanidine) as a controlled vitamin B 2 delivery carrier | |
| Ghalei et al. | Nitric oxide releasing halloysite nanotubes for biomedical applications | |
| WO2021088983A1 (zh) | 一种高生物利用度的7,8-二羟基黄酮复合纳米生物材料及其制备方法和用途 | |
| Qiu et al. | Self-assembled phytosterol-fructose-chitosan nanoparticles as a carrier of anticancer drug | |
| Nguyen et al. | Chitosan-functionalized Fe3O4@ SiO2 nanoparticles as a potential drug delivery system | |
| Kou et al. | Preparation and application of a polymer with pH/temperature-responsive targeting | |
| Fang et al. | Hydrogel beads based on carboxymethyl cassava starch/alginate enriched with MgFe2O4 nanoparticles for controlling drug release | |
| Dong et al. | Acid-degradable nanocomposite hydrogel and glucose oxidase combination for killing bacterial with photothermal augmented chemodynamic therapy | |
| Xu et al. | Synthesis and properties of the metallo-supramolecular polymer hydrogel poly [methyl vinyl ether-alt-mono-sodium maleate]· AgNO 3: Ag+/Cu 2+ ion exchange and effective antibacterial activity | |
| TWI399385B (zh) | Chitosan Derivatives and Their Preparation | |
| Xiao et al. | Novel controlled drug release system engineered with inclusion complexes based on carboxylic graphene | |
| Rivera et al. | Functional glucosamine-iron oxide nanocarriers | |
| Liu et al. | Inhibition of the double-edged effect of curcumin on Maillard reaction in a milk model system by a nanocapsule strategy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |