現(xiàn)代紡織技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)論文題 目: 甲殼素纖維的應(yīng)用與發(fā)展 所屬系、部 : 紡織工程與材料系 年級、 專業(yè): 現(xiàn)代紡織技術(shù)10級 姓 名: 夏萍 學(xué) 號: 201002052051 指 導(dǎo) 教 師: 原海波 完 成 時 間: 2013.05 甲殼素纖維的應(yīng)用與發(fā)展摘要本文以新型功能性纖維為切入點(diǎn)展開討論，通過查找各種資料并進(jìn)行對比，篩選等方法，設(shè)計了甲殼素纖維的應(yīng)用與發(fā)展的問題。分析討論了甲殼素的結(jié)構(gòu)性能和研究歷史，以及甲殼素在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展前景。通過研究對比得到甲殼素纖維是一種新型綠色環(huán)保纖維，具有優(yōu)良的生物功能、抗菌和服用性能。在紡織服裝、醫(yī)用材料和人體組織工程等領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著對甲殼素

2、原料及其衍生物制備工藝的改進(jìn)和紡絲技術(shù)的提高，甲殼素纖維必將得到更廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：甲殼素，甲殼素纖維，結(jié)構(gòu)性能，發(fā)展，應(yīng)用 the application and development of chitin fibersabstract this paper based on the new functional fiber as the breakthrough point discussions,through the search all kinds of material and contrast, screening method,and design a question of

3、 chitin fiber application and development.analyzed and discussed the structure of chitin performance and research of chitin history,and chitin in various fields of application and development prospect.through the study compared get chitin fiber is a new type of green fiber,has good biological functi

4、on, antibacterial and taking performance.in the textile, medical material and human tissue engineering,etc have broad prospects for development.with the raw material of chitin and its derivatives preparation technology improvement and spinning technology improvements,chitin fiber will get more exten

5、sive application. keywords:chitin,chitin fiber,structure property,develop,apply目錄摘要iabstractii1 概述11.1 甲殼素的發(fā)現(xiàn)與命名11.2 甲殼素的存在狀況11.3 國內(nèi)外的研究21.3.1 國外對甲殼素的研究21.3.2 國內(nèi)對甲殼素的研究31.4 甲殼素的發(fā)展歷史32 甲殼素的化學(xué)結(jié)構(gòu)32.1 分子量42.2 脫乙?；兌?2.3 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)42.4 形態(tài)結(jié)構(gòu)53 甲殼素的物理性能64 甲殼素纖維的化學(xué)特性84.1 優(yōu)異的生物醫(yī)學(xué)功能84.2 生物降解可降解性好84.3 優(yōu)良的吸濕保溫功能84.4

6、 較好的可紡性84.5 良好的生物相容性94.6 優(yōu)良的抗菌性活性95 甲殼素纖維的廣泛應(yīng)用105.1 甲殼素纖維的制備105.2 甲殼素纖維在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用105.2.1 可吸收手術(shù)縫合線105.2.2 創(chuàng)傷敷料105.2.3 人造皮膚115.3 甲殼素纖維在紡織品上的應(yīng)用115.4 甲殼素纖維在食品上的應(yīng)用125.5 生物機(jī)體健康方面的應(yīng)用125.5.1 強(qiáng)化免疫力125.5.2 無毒性的抗癌效果135.5.3 降低膽固醇135.5.4 改善消化性能135.5.5 抑制過量攝取食鹽而導(dǎo)致的高血壓疾病135.5.6 減少機(jī)體重金屬的積蓄135.5.7 甲殼素的減肥作用135.6 在化妝品領(lǐng)域的

7、應(yīng)用145.7 甲殼素在化工及輕工業(yè)上的應(yīng)用145.8 甲殼素在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用145.9 在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用156 甲殼素的藥理作用166.1抗菌抗感染166.2降脂和防治動脈硬化166.3抗病毒166.4抗腫瘤166.5抗凝血177 甲殼素的發(fā)展前景187.1 資源豐富187.2 全球關(guān)注187.3 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛187.4 保障人類健康，提高人類的生存發(fā)展質(zhì)量187.5 實(shí)現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展188 總結(jié)19參考文獻(xiàn)20致謝211 概述甲殼素纖維是以天然高聚物蝦皮、蟹殼等為原料加工制成的一種新型動物綠色纖維。近二十年來，隨著人們綠色環(huán)保、抗菌保健意識的不斷增強(qiáng)，甲殼素纖維以其天然的抗菌功能、良好的

8、生物相容性、豐富的原料資源和優(yōu)良的紡織加工性能成為開發(fā)的熱點(diǎn)。取得很大的成果，是一種大有發(fā)展前景的纖維品種。1.1 甲殼素的發(fā)現(xiàn)與命名人類最早利用甲殼素資源始于中國著名的本草綱目中的記載：蟹殼有破瘀消積的功能?！靶贰弊直旧砑粗福航舛镜南x類。1811年法國研究自然科學(xué)史的教授布拉克諾，用溫?zé)岬南A溶液處理蘑菇，最后得到白色殘渣。他以為那是纖維素。把它稱為fungine，譯為真菌纖維素。1823年，法國科學(xué)家歐吉爾從昆蟲的翅鞘中分離出同樣的物質(zhì)，他認(rèn)為此物質(zhì)是一種新型的纖維素，便命名為chitin，譯為中文即甲殼素1。1.2 甲殼素的存在狀況甲殼素廣泛存在于甲殼類動物蝦和蟹的殼、昆蟲的殼、真菌（酵

9、母、霉菌）的細(xì)胞壁和植物（如蘑菇）的細(xì)胞壁中，詳細(xì)的情況大致如下所述： 節(jié)肢動物，主要包括甲殼類，如蝦、蟹等，含甲殼素20%30%，高的達(dá)58%85%；其次是昆蟲類，如蝗、蝶、蚊、蠶等蛹?xì)ぶ泻讱に?0%60%；多足類如馬陸、蜈蚣等； 軟體動物，主要包括雙神經(jīng)類如石鱉，腹足類如鮑，蝸牛等，頭足類如烏賊、鸚鵡等，甲殼素含量為3%26%； 環(huán)節(jié)動物，包括原環(huán)蟲類如角蝸牛，毛足類如沙蠶，蚯蚓和蛭類如螞蟥三綱，有的含甲殼素極少，但高的含20%38%； 原生動物，簡稱原蟲，也叫單細(xì)胞動物，包括鞭毛蟲類如錐體蟲，肉足類如變形蟲，纖毛蟲類如草履蟲等； 肛腸動物，包括水螅蟲類如中水螅、筒螅等，缽水母類和珊瑚蟲

10、類等； 海藻，主要是綠藻； 真菌，包括子囊菌、擔(dān)子菌、藻菌等，含甲殼素從微量到45%不等，只有少數(shù)真菌不含甲殼素； 動物的關(guān)節(jié)、蹄、足、的堅硬部分，以及動物肌肉與骨接合處均有甲殼素存在。 甲殼素在自然界的存在，還有一個重要的方面往往被人忽視，那就是在自然界生長、繁衍著的含有甲殼素的各種各樣的生物，在其死亡腐爛后成為肥料的同時釋放出甲殼素，甲殼素在自然界經(jīng)受降解和脫乙?；^程，產(chǎn)生不同分子量的甲殼素及不同分子量、不同脫乙酰度的殼聚糖。在廣袤的田野、森林和大草原的土壤中，都有甲殼素和殼聚糖的存在；而在貧瘠的土壤和沙化的土壤中，則很少有甲殼素和殼聚糖的存在，這從一方面反映出甲殼素在自然界生態(tài)平衡中的

11、重要性。 盡管自然界存在大量的甲殼素，但估計全世界每年可獲得的甲殼素只有15萬噸，真正能生成出來的，估計不過數(shù)萬噸而已，而據(jù)專家掌握的數(shù)據(jù)顯示，目前全世界產(chǎn)生的甲殼素還沒有超過1萬噸。甲殼類動物外殼的結(jié)構(gòu)材料就是甲殼素，它既有生理作用，又能保護(hù)機(jī)體防止外來機(jī)械性沖擊；同時，還具有吸收高能輻射的性能。在真菌的細(xì)胞壁中，甲殼素與其他多糖相連，在動物體內(nèi)，則是與蛋白質(zhì)結(jié)合成蛋白聚糖。 蝦、蟹殼中的甲殼素與蛋白質(zhì)是共價結(jié)合，是以蛋白聚糖的形式存在的，同時伴生著碳酸鈣2。甲殼素在蟹殼中呈纖維狀互相交錯或無規(guī)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并平行于殼面分層生長，蛋白質(zhì)以甲殼素為骨架，沿甲殼素層以片狀生長；無機(jī)鹽呈蜂窩狀多孔的

12、結(jié)晶結(jié)構(gòu)，填充在甲殼素與蛋白質(zhì)組成的層與層之間的空隙中。1.3 國內(nèi)外的研究1.3.1 國外對甲殼素的研究 早在20世紀(jì)60年代末，富士紡公司的研究人員就對甲殼素進(jìn)行了研究。這些天然材料來源廣泛且安全無毒性，特別適合制作繃帶類的產(chǎn)品，能加速傷口的愈合，并且通過動物試驗(yàn)證明：這種新型的材料對由細(xì)菌引起的感染具有比普通抗菌素相同或更好的療效。20世紀(jì)90年代初期，日本最先利用甲殼素纖維的特性，制成與棉混紡的抗菌防臭類內(nèi)衣和褲襪，深受廣大消費(fèi)者的青睞。其后，日本織物加工公司與旭化成紡織品公司合作，開發(fā)了既能吸汗又能防水透濕的材料，這種材料以具有無數(shù)細(xì)孔的聚氨酯布作中間層，并通過對接觸皮膚的一側(cè)加涂甲

13、殼素涂層，外表粘合一層錦綸織物基布制作而成。由于甲殼素具有很強(qiáng)的吸濕性，汗液被它吸收并通過中間多空層向外層擴(kuò)散、蒸發(fā)。用這種材料制作的運(yùn)動衣不僅具有良好抗菌性而且穿著舒適、無悶熱及發(fā)粘感。日本富士紡織公司開發(fā)了一種適合嬰兒服面料的高濕模量粘膠纖維。這種纖維在制造過程中加入了具有保濕抗菌成分的甲殼素，可抑制微生物的繁殖，對皮膚過敏者有預(yù)防效果。用這種材料制成的服裝或床上用品，對人體無刺激，對皮膚的親和性較好，臨床經(jīng)驗(yàn)也證實(shí)它對預(yù)防過敏性皮炎有效1。1.3.2 國內(nèi)對甲殼素的研究與國外相比，國內(nèi)開發(fā)研制甲殼素紡織品的工作起步較晚。我國于1952年開始研究，1954年發(fā)表第一篇實(shí)驗(yàn)報告。20世紀(jì)90

14、年代是我國甲殼素、殼聚糖研究和開發(fā)的全盛時期，到90年代中期，全國有上百家大專院校和科研單位投入到甲殼素的研究和開發(fā)中來。1991年東華大學(xué)（原中國紡織大學(xué)）研制成功甲殼素醫(yī)用縫合線，接著又研制成功甲殼胺醫(yī)用敷料(人造皮膚)并已申請專利 。1997年，甲殼素的研究開發(fā)課題列入國家科委九五攻關(guān)計劃，歸屬國家“863” 計劃。1999年至2000年，東華大學(xué)研制開發(fā)了甲殼素系列混紡紗線和織物并制成各種保健內(nèi)衣、褲襪和嬰兒用品。除上海和青島之外，北京、江蘇、浙江等省市的有關(guān)廠家也開發(fā)了甲殼素保健內(nèi)衣或床上用品，并已推向市場。近年來，隨著人們對綠色環(huán)保、抗菌保健意識的不斷增強(qiáng)，甲殼素纖維以其天然的抗菌

15、功能、良好的生物相容性、優(yōu)良的吸濕性能和優(yōu)良的紡織加工性能成為了研究的熱點(diǎn)。是21世紀(jì)最具有開發(fā)前景的纖維品種之一。1.4 甲殼素的發(fā)展歷史 繼歐吉爾后，在此后的相當(dāng)一段時間內(nèi)，甲殼素的研究工作都由法國人在進(jìn)行，但是從甲殼素發(fā)現(xiàn)后的100年時間里，全世界只有20篇論文發(fā)表，而大部分工作都是法國人在做。從上世紀(jì)30年代到70年代，甲殼素的研究受到較大的重視。甲殼素的制備、研究取得了長足的進(jìn)步。1934年在美國首次出現(xiàn)了關(guān)于工業(yè)制備殼聚糖的專利和制備甲殼素薄膜、甲殼素纖維的專利，并且在1941年制備出了殼聚糖人造皮膚和手術(shù)縫合線。上個世紀(jì)70年代開始甲殼素的研究重心轉(zhuǎn)到了日本，從1980年到199

16、0年中，日本幾乎每3天就申請一項(xiàng)專利。日本的許多食品和保健品中都添加甲殼素或其衍生物。 我國從上世紀(jì)50年代開始研究甲殼素，但由于受技術(shù)和“文革”的影響，甲殼素的研究工作在1980年前并沒有得到實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。20世紀(jì)80年代后期，由于我國重視“短、平、快”項(xiàng)目，而甲殼素的生產(chǎn)正好具有這樣的特點(diǎn)。因此，直到現(xiàn)在，甲殼素的發(fā)展達(dá)到了高潮，形成了“甲殼素?zé)帷薄?2 甲殼素的化學(xué)結(jié)構(gòu)甲殼素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和植物纖維素非常相似。都是六碳糖的多聚體，分子量都在100萬以上。纖維素的基本單位是葡萄糖，它是由2-乙酰胺基-2-脫氧葡萄糖通過-(1-4) 苷鍵連接而成的線性含氮多糖高聚物。圖2-1 甲殼素、殼聚糖、纖

17、維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式2.1 分子量 甲殼素是高分子量物質(zhì)，其分子量可達(dá)100萬以上。分子量越高吸附能力越強(qiáng)，適合工業(yè)，環(huán)保領(lǐng)域運(yùn)用。低分子量容易被人體吸收。分子量為7000左右的幾丁聚糖，大約含30個左右的葡萄糖胺殘基。2.2 脫乙酰基純度甲殼素經(jīng)過脫乙?；蔀閹锥【厶?。甲殼素因?yàn)椴蝗苡谒釅A也不能溶于水而不能被身體利用。脫乙酰基后能增加其溶解性因此可被身體吸收，甲殼素脫乙酰基純度越高其品質(zhì)越好。2.3 聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 甲殼素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)可以分為、和三種。其中,甲殼素中的高分子鏈以一正一反的形式排列，而甲殼素中的高分子鏈都排列在同一個方向，甲殼素中的高分子鏈以兩個正方向和一個反方向的形式組成3 。由于乙酰

18、胺基團(tuán)有很高的氫鍵形成能力，所以甲殼素是一種結(jié)晶度很的高分子材料，并且其結(jié)晶度隨著纖維中乙酰度的提高而提高，結(jié)晶度的增加使纖維的強(qiáng)度增加。當(dāng)纖維部分乙?；瘯r，纖維的高分子結(jié)構(gòu)變得無規(guī)則，影響了纖維的結(jié)晶度，從而使?jié)駨?qiáng)有所下降。2.4 形態(tài)結(jié)構(gòu)一般的甲殼素纖維表面平直、略微彎曲，形態(tài)均勻；斷面粗細(xì)均勻，形狀有圓形、多角形。圖2-2為甲殼素纖維100 的表面以及斷面的照片。 圖2-2 甲殼素纖維100 的表面以及斷面 但是粘膠基甲殼素纖維與一般的甲殼素纖維稍有差異。表2-1為粘膠基甲殼素纖維與其他幾種纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)的比較。通過切片發(fā)現(xiàn)粘膠基甲殼素纖維縱向特征有很多清晰的溝槽，截面形態(tài)邊緣為不規(guī)則的

19、鋸齒形，芯層有很多細(xì)小的空隙。其縱向形態(tài)特征與粘膠纖維一樣， 都有明顯的溝槽，不同的是粘膠的橫截面為皮芯層結(jié)構(gòu)，而粘膠基甲殼素截面芯層有很多細(xì)小的空隙?？v向溝槽和橫截面有空隙有利于吸濕、導(dǎo)濕和放濕，甲殼素纖維的良好吸濕性是夏季服裝的首選材料。表2-1 粘膠基甲殼素纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)比較纖維的種類粘膠基甲殼素粘膠棉羊毛滌綸長度(mm)516423-3156-11064細(xì)度(dtex)5.563.331.2-2.02.5-8.22.67縱向形態(tài)有明顯溝槽邊緣鋸齒形有明顯溝槽天然轉(zhuǎn)曲有鱗片光滑截面形態(tài)芯層有明顯的細(xì)小的空隙邊緣鋸齒形皮芯層結(jié)構(gòu)腰圓形有中腔圓形及近似圓形圓形體積質(zhì)量(g/cm3)1.501

20、.521.541.321.383 甲殼素的物理性能作為高分子材料，甲殼素纖維可以被加工成粉末溶液、薄膜、泡沫、膠體等許多類型的產(chǎn)品。這些不同類型的產(chǎn)品在許多領(lǐng)域都有特定的應(yīng)用。甲殼素可以加工成具有不同性能的纖維。對于人造纖維來說，纖維的拉伸性能既受成纖高分子本身的結(jié)構(gòu)和性能的影響，又受到紡絲過程中各種生產(chǎn)條件的限制。一般的甲殼素纖維具有和粘膠纖維相似的性能。它們的強(qiáng)度在1. 76cn/ dtex 左右。在某些特定的條件下，甲殼素也可通過液晶紡絲或干濕法紡絲被加工成具有很高強(qiáng)度的纖維3。表3-1、表3-2 顯示了甲殼素纖維的抗拉性能以及它們和其它一些常見的紡織纖維在抗拉性能上的比較 。表3-1

21、甲殼素纖維和其它一些紡織纖維的性能比較纖維種類密度 (g/cm3)吸濕度 (%) 強(qiáng)度 (cn/dtex)延伸性 (%)棉纖維1.547-8.52.3-4.53-10毛纖維1.3214-160.9-1.830-45粘膠纖維1.5212-161.5-4.59-36醋脂纖維1.306-6.51.0-1.2623-45腈綸1.171.51.8-4.516-50滌綸1.380.42.5-5.510-45海藻酸纖維1.7817-230.9-1.82-14甲殼素纖維1.3910-12.51.2-2.27-33表3-2 甲殼素纖維與其它常見纖維的機(jī)械性能比較纖維種類 斷裂強(qiáng)度 (cn/dtex)干態(tài) 濕態(tài)

22、斷裂伸長率 (%)干態(tài) 濕態(tài)初始模量(cn/dtex)甲殼素1.52-2.381.44-1.8819.2-21.915.9-19.416.7-26.8粘膠1.3-1.91.56-1.7311.4-17.29.0-14.519.5-26.7棉花2.9-5.03.1-6.53-668-93羊毛1.18-1.900.89-1.8511.2-34.912.4-48.511.5-33.8滌綸3.50-4.563.65-4.7829.3-40.919.5-35.717.7-30.8從上面兩個表中我們可以分析得到：甲殼素纖維的干態(tài)強(qiáng)力比粘膠和羊毛高, 濕態(tài)強(qiáng)力也高于羊毛，與粘膠相似，但纖維吸濕后強(qiáng)力下降較多

23、，所以紡紗中要適當(dāng)控制纖維含濕量使紡紗順利進(jìn)行。甲殼素纖維的初始模量比粘膠纖維要高， 與滌綸相似，說明甲殼素纖維比較硬。甲殼素纖維的斷伸長率干濕態(tài)均高于粘膠纖維，說明其性能要好于粘膠。甲殼素纖維的卷曲性能各項(xiàng)指標(biāo)比粘膠短纖維好，表面光滑，但細(xì)度較粗，回彈性差，抱合力差,表面摩擦力小，可紡性差。4 甲殼素纖維的化學(xué)特性甲殼素和它的衍生物殼聚糖，具有一定的流延性及成絲性，都是很好的成纖材料，選擇適當(dāng)?shù)募徑z條件，通過常規(guī)的濕紡工藝可制的具有較高強(qiáng)度和伸長率的甲殼素纖維。在殼聚糖大分子結(jié)構(gòu)中由于含有大量的氨基，其溶解性能和生物活性高。甲殼素纖維具有以下特性：4.1 優(yōu)異的生物醫(yī)學(xué)功能 甲殼素的大分子結(jié)

24、構(gòu)與人體內(nèi)的氨基葡萄糖的構(gòu)成相同，而且具有類似于人體骨膠原組織結(jié)構(gòu)，這種雙重結(jié)構(gòu)賦予了它們極好的生物醫(yī)學(xué)特性：即它對人體無毒無刺激，可被人體內(nèi)的溶菌酶分解而吸收，與人體組織有良好的生物相容性，它具有抗菌、消炎、止血、鎮(zhèn)痛、促進(jìn)傷口愈合等功能。因此，甲殼素和殼聚糖是理想的醫(yī)用高分子材料，廣泛用于制造特殊的醫(yī)用產(chǎn)品。國外，尤其是日本和美國已用它來制造人造皮膚、可吸收縫合線、血液透析膜和藥物緩釋劑以及各種醫(yī)用敷料等。 4.2 生物降解可降解性好 由于制造甲殼素纖維的原料一般采用蝦、蟹類水產(chǎn)品的廢棄物，一方面這可減少這類廢棄物對環(huán)境的污染，另一方面甲殼素纖維的廢棄物又可生物降解，不會污染周邊環(huán)境，所以

25、甲殼素纖維又被稱為綠色纖維。 4.3 優(yōu)良的吸濕保溫功能 由于甲殼素纖維在其大分子鏈上存在大量的羥基（oh）和氨基（nh2）等親水性基團(tuán)，故纖維有很好的親水性和很高的吸濕性。甲殼素纖維的平衡回潮率一般在12%16%之間，在不同的成形條件下，其保水值均在130%左右。甲殼素纖維的吸濕率可達(dá)到400%500%，是纖維素纖維的2倍多；其平衡回潮率超過粘膠15%以上。4.4 較好的可紡性 目前國內(nèi)生產(chǎn)的甲殼素、殼聚糖纖維具有較好的可紡性。但與棉纖維相比，甲殼素纖維線密度偏大，強(qiáng)度偏低，在一定程度上影響了甲殼素纖維的成紗強(qiáng)度。在一般條件下用甲殼素纖維進(jìn)行純紡還有一定困難，通常采用甲殼素纖維與棉纖維或其他

26、纖維混紡來改善其可紡性。隨著甲殼素原料及紡絲工藝的不斷改進(jìn)，纖維線密度和強(qiáng)度將會進(jìn)一步提高，用它可開發(fā)出各種甲殼素純紡或混紡產(chǎn)品。此外，由于甲殼素纖維呈堿性和高度的化學(xué)活性，具有優(yōu)良的染色性能和上染率，可采用直接、活性、還原、堿性及硫化等多種染料進(jìn)行染色，且色澤鮮艷。4.5 良好的生物相容性甲殼素及其衍生物在生物體內(nèi)可以被降解，不會有蓄積作用，產(chǎn)物也不與液體反應(yīng)，對組織無排異反應(yīng)，因此有良好的生物相容性。4.6 優(yōu)良的抗菌性活性甲殼素纖維具有優(yōu)良的抗菌性活性，對大腸桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌、乳酸桿菌等常見菌種具有很好的抑菌作用。因此，由甲殼素纖維制成的紡織品不需要進(jìn)行抗微生物整理就具有良

27、好的抗菌防臭作用，并且可以防治皮膚病。5 甲殼素纖維的廣泛應(yīng)用甲殼素具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)：能拉絲、成膜、制粒；能通過化學(xué)改性提高物理化學(xué)性能；能和多種物質(zhì)（如膽固醇、脂肪、金屬離子、蛋白質(zhì)、腫瘤細(xì)胞等）結(jié)合，無毒，具有生物相容性。因此，甲殼素纖維以其優(yōu)異的性能，得到世界各國的廣泛關(guān)注。5.1 甲殼素纖維的制備目前普遍采用的紡制甲殼素纖維的方法是濕法成形法。先將甲殼素類物質(zhì)溶于適當(dāng)?shù)娜軇Ｊ紫葘⒓讱に鼗驓ぞ厶侨芙庠诤线m的溶劑中，配制成一定濃度的紡絲原液，紡絲原液經(jīng)過濾脫泡后，在一定壓力下通過噴絲頭噴入凝固浴槽中，呈細(xì)流狀的原液在凝固浴中形成固態(tài)纖維。甲殼素的溶解性較差，常用的溶劑有六氟異丙醇等

28、少量幾種溶劑，而殼聚糖一般可以溶解于所有稀酸溶液中。紡絲時凝固浴一般選用乙醇、丙酮或水。濕法紡絲的工藝流程為：溶解過濾脫泡計量紡絲凝固浴拉伸二浴定形洗滌千燥纖維甲殼素纖維線密度偏大，強(qiáng)度偏低，在一定程度上影響了甲殼素纖維的成紗強(qiáng)度。目前其強(qiáng)度尚不能滿足使用要求，科學(xué)家們花費(fèi)了大量精力、財力去研究如何提高甲殼素纖維的強(qiáng)度。目前主要采用對甲殼質(zhì)進(jìn)行改性、采用特種紡絲技術(shù)或特殊后處理的方法以達(dá)到提高纖維強(qiáng)度的目的8。5.2 甲殼素纖維在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用甲殼素來源于生物體結(jié)構(gòu)物質(zhì),與機(jī)體細(xì)胞有很強(qiáng)的親合體性，可被機(jī)體內(nèi)的酶分解而吸收,對人體無毒性和副作用。加上良好的吸濕性、紡絲性和成膜性, 被廣泛開發(fā)應(yīng)用

29、,成為優(yōu)良的生物醫(yī)學(xué)和醫(yī)藥材料?，F(xiàn)今作為:1)制備醫(yī)用敷料。2)手術(shù)縫合線。3)制作人造血管。4)醫(yī)用微膠囊。5)藥用緩釋劑。6)止血劑和傷口愈合劑。7)骨病治療劑。8)用作人工透析膜等。下面詳細(xì)介紹幾種：5.2.1 可吸收手術(shù)縫合線甲殼素類纖維具有良好的生物相容性及可生物降解性，因此可制備可吸收手術(shù)縫合線，通過降解吸收而避免患者體內(nèi)的排異反應(yīng)、非感染性炎癥及其它一些不良影響，同時降低了二次手術(shù)的可能。5.2.2 創(chuàng)傷敷料以甲殼素纖維制成的醫(yī)用創(chuàng)傷敷料具有很強(qiáng)的凝血作用，在人體內(nèi)還可被降解為低聚糖、氨基葡萄糖和n-乙酰氨基葡萄糖等營養(yǎng)物質(zhì)，能夠促進(jìn)傷口的愈合，減少疤痕的形成。5.2.3 人造皮

30、膚甲殼素類纖維具有高透氧性、濕潤性。甲殼素類纖維制成的人造皮膚比以往任何一種人造皮膚具有更優(yōu)良的適應(yīng)性。日本市場近年出現(xiàn)一種高效人造皮膚，原料是甲殼素類材料，經(jīng)抽絲編制而成，可替代正常皮膚進(jìn)行移植，因此可以減少患者再次移植皮膚的痛苦，臨床試驗(yàn)表明，這種皮膚的移植成活率達(dá)到90%以上。 圖5-1 醫(yī)用口罩及人造血管 5.3 甲殼素纖維在紡織品上的應(yīng)用甲殼素纖維吸濕性良好，有很好的染色性能，可采用直接、活性、還原、堿性及硫化等多種染料進(jìn)行染色(不可用酸性染料染色)，且色澤鮮艷、手感柔軟。該織物可分別制成男女內(nèi)衣、睡衣、吊帶衫、t恤衫、童裝、襪類、手套等產(chǎn)品。甲殼素纖維針織品具有手感柔軟、無刺激、高

31、保濕、保溫、抑菌除臭功能，對皮膚有很好的養(yǎng)護(hù)作用，還有對過敏性皮炎的輔助醫(yī)療功能，并符合綠色紡織品標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，是21世紀(jì)新一代的保健針織品。 圖5-2 紡織品毛巾及沙線5.4 甲殼素纖維在食品上的應(yīng)用目前甲殼素在機(jī)能性食品上的應(yīng)用最受到矚目，具有多項(xiàng)生理調(diào)節(jié)機(jī)能，包括無毒性的抗癌效果、改善消化吸收機(jī)能、降低脂肪及膽固醇攝取、降低高血壓、強(qiáng)化免疫力等?？勺鳛槭称诽砑觿?，添加于休閑食品（薯片、餅干）中以降低熱能；可作為防霉保鮮劑，添加于肉制品、水果、蔬菜與鮮花中，防霉保鮮；可作為果汁澄清劑，使果蔬汁清澈明亮。甲殼素具有優(yōu)良的保鮮效果，其機(jī)理是：形成保護(hù)膜質(zhì)用甲殼素涂布果蔬表面，可形成一層保護(hù)膜，而

32、且增加了果皮厚度，并堵塞部分皮孔，減少組織水分蒸散，保持果蔬水分，創(chuàng)造了一個良好、穩(wěn)定的濕度環(huán)境，由此可較長時間保持果蔬的原有品質(zhì)。作為一種新型的天然保鮮劑甲殼素以其高效、無毒、低成本、操作容易及具有極顯著的保鮮效果等顯示出諸多優(yōu)越性。 圖5-3 甲殼素食品5.5 生物機(jī)體健康方面的應(yīng)用甲殼素是食物纖維素,不易被消化吸收。甲殼素和蔬菜、植物性食物、牛奶和雞蛋一起使用則可被吸收。在植物和動物腸內(nèi)細(xì)菌中,含有殼糖胺酶和去乙酰酶，體內(nèi)存在的溶菌酶及牛奶和雞蛋中含有的卵磷脂等共同作用下可將甲殼素分解成低相對分子質(zhì)量的寡聚糖而被吸收。當(dāng)分解到六分子的葡萄糖胺時其生理活性最強(qiáng)。經(jīng)20多年的研究,1991年

33、美國和歐洲等國的醫(yī)學(xué)界大學(xué)和營養(yǎng)食品研究機(jī)構(gòu)將甲殼素稱為繼蛋白質(zhì)、脂肪、糖、纖維素和礦物質(zhì)之后的機(jī)體健康所必需的第六大生命要素。尤其對人體大量研究結(jié)果表明，其具有強(qiáng)化免疫、抑制老化、預(yù)防疾病、促進(jìn)疾病痊愈和調(diào)節(jié)生理機(jī)能等5大功能7。5.5.1 強(qiáng)化免疫力甲殼素能提高動物體的免疫機(jī)能，加強(qiáng)免疫細(xì)胞增殖，有強(qiáng)化免疫力的功效。日本的動物試驗(yàn)結(jié)果表明，甲殼素的免疫強(qiáng)化作用，有助于減少腫瘤細(xì)胞的傷害及促進(jìn)肝臟受損細(xì)胞的新生與正?；謴?fù)。5.5.2 無毒性的抗癌效果甲殼素對人體的抗癌效果已由日本東北藥科大學(xué)確認(rèn)，抗癌效果適合生物體而無毒性反應(yīng)出現(xiàn)。北海道大學(xué)的研究也發(fā)現(xiàn)，甲殼素有抑制惡性腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散及轉(zhuǎn)移

34、的效果。5.5.3 降低膽固醇甲殼素在動物機(jī)體內(nèi)以帶正電的陽離子形態(tài)出現(xiàn)，可與膽酸和膽鹽結(jié)合，因而抑制小腸對膽固醇的吸收，不但會減少膽固醇在肝臟的堆積量，也可能降低惡性膽固醇(ldl)的濃度，提高良性膽固醇(hdl)含量，對預(yù)防動脈硬化和心腦血管疾病有很好的效果7。5.5.4 改善消化性能甲殼素可促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖動物機(jī)體腸內(nèi)有益菌的繁殖，抑制有害菌絲的滋生和減少大腸桿菌的生長，可達(dá)到健胃整腸的功效。5.5.5 抑制過量攝取食鹽而導(dǎo)致的高血壓疾病甲殼素的成分幾丁質(zhì)與幾丁糖是不會直接被動物體吸收的一種高分子聚合物。日本研究的結(jié)果顯示，添加在食品中的甲殼素被人體由于離子的吸附作用而使食鹽附著其上，因此保

35、留了食品原來的風(fēng)味，又不致使食鹽被機(jī)體過度吸收。所以預(yù)控制血壓的機(jī)體食入含有添加甲殼素的食物，就不會被攝取過量食鹽困擾了。5.5.6 減少機(jī)體重金屬的積蓄重金屬在機(jī)體內(nèi)蓄積會造成神經(jīng)性病變及器官功能失調(diào)等后遺癥。甲殼素可吸附銅、隔、鋅、鈾、鉛和銀等重金屬，并具有排出體外的功能。在環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，甲殼素有助于機(jī)體內(nèi)廢物的排除，確保機(jī)體生理機(jī)能的正常運(yùn)行。5.5.7 甲殼素的減肥作用甲殼素的減肥作用，是指其機(jī)體所帶的正負(fù)電離子與食物中帶負(fù)電的脂肪自動附著結(jié)合，阻礙脂肪分解酵素的作用，使脂肪在腸內(nèi)不被吸收而直接排出體外, 使人工養(yǎng)殖的水產(chǎn)品和家禽不會脂肪含量過高，而獲得的肌肉食用率大大提高。

36、即甲殼素與脂肪結(jié)合排出體外，又不會和重要營養(yǎng)素的蛋白質(zhì)結(jié)合，所以不會對機(jī)體造成危害。它具備了能讓減肥人安心使用，又不影響?zhàn)B分吸收的作用。故甲殼素不同于一般減肥食物的抑制食欲，或造成機(jī)體腹瀉來達(dá)到減肥效果。反而對機(jī)體的消化道還有改善代謝機(jī)能的調(diào)整功效。5.6 在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用在化妝品方面，由于甲殼素粉末的比表面積大、孔隙率高，可吸收皮脂類油脂是洗發(fā)劑中理想的活性物質(zhì)；殼聚糖分子中的氨基帶正電荷，能和頭發(fā)的負(fù)電荷相互作用，具有很強(qiáng)的親和力，在頭發(fā)表面形成薄膜，是理想的固發(fā)劑原料和頭發(fā)調(diào)理劑；殼聚糖還是很好的牙膏、口香糖添加劑。它完全不同于一般的營養(yǎng)保健品，它對人體上有調(diào)節(jié)免疫功能，活化細(xì)胞，抑制

37、老化，預(yù)防疾病，促進(jìn)疾病痊愈，調(diào)節(jié)人體生理功能等五大功能。被歐美學(xué)術(shù)界譽(yù)為除蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、維生素、礦物質(zhì)外的第六大生命要素，是功能最全面的第三代功能性保健品。5.7 甲殼素在化工及輕工業(yè)上的應(yīng)用在化工方面，用作攝影膠片的增感劑、涂料添加劑、頭發(fā)調(diào)理劑、保溫劑、固發(fā)劑、洗發(fā)香波、香皂、護(hù)膚劑、口腔衛(wèi)生制劑、凝聚劑、重金屬離子吸收劑、接觸鏡片等。在工業(yè)方面，主要在造紙業(yè)中，甲殼素及其衍生物能有效地提高紙張的趕施強(qiáng)度和改善表面印刷性，能廣泛地應(yīng)用于印刷紙的生產(chǎn)，以適應(yīng)高速印刷、高黏度油墨的要求。 圖5-3 甲殼素化工類產(chǎn)品5.8 甲殼素在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用可用于制備家禽飼料、農(nóng)業(yè)透氣地膜、植物生長促

38、進(jìn)劑、土壤改良劑、植物殺菌劑、種子包衣劑、除蟲劑、植物抗病毒劑、液體土壤改良劑、稀土及微量元素螯合劑等。 圖5-4 甲殼素農(nóng)業(yè)類產(chǎn)品5.9 在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用甲殼素在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，甲殼素和甲殼胺作為絮凝劑或吸附劑在廢水處理中的應(yīng)用研究取得了巨大的進(jìn)展，可以作為水處理劑，凈化飲用水；可作為污水絮凝劑，處理活性污泥；可作為工業(yè)廢水的重金屬螯合劑，除去hg、cu、cd、pb、co等，回收貴重金屬以及聚集電解質(zhì)，進(jìn)行海水淡化；可作為放射能吸收劑：能提高對外泄放射能（鈾、鈽）的處理能力；可作為天然無公害塑膠、可降解地膜：甲殼胺地膜在土壤里1周開始分解，2，3個月全部分解，是解決“白色污染”的

39、根本途徑，且有改良土壤作用。6 甲殼素的藥理作用6.1抗菌抗感染 甲殼素及其多種衍生物均具有不同程度的抗感染作用，以甲殼素六聚糖為最強(qiáng)。小分子的脫乙酰甲殼素具有質(zhì)子化銨，質(zhì)子化銨與細(xì)菌帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜作用，吸附和聚沉細(xì)菌，同時穿透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，擾亂細(xì)菌的新陳代謝及合成而具有抗菌作用7。夏文水、吳焱楠研究認(rèn)為，相對分子量為1500的脫乙酰甲殼素對大腸桿菌的抑制效果最強(qiáng)，隨著分子量增大，則抑菌作用下降。正光華發(fā)現(xiàn)，脫乙酰甲殼素對金黃葡萄球菌、大腸桿菌、小腸結(jié)尖耶爾氏菌、鼠傷害沙門氏菌和李斯特單核增生菌，均有較強(qiáng)的抑制作用。中國紡織大學(xué)吳清基教授已成功地將甲殼素制成無紡布、流延膜、涂層紗布等多種

40、醫(yī)用敷料用于臨床，其中甲殼素與醋酸制成的無紡布透氣透水性能極佳，用于大面積燒傷燙傷，抗感染和促進(jìn)傷口愈合效果很好。 6.2 降脂和防治動脈硬化魏濤等采用含膽固醇1%和脫氧膽酸鈉0.2%的合成飼料喂大鼠28天，在誘發(fā)高血脂癥的同時，經(jīng)口服脫乙酰甲殼素觀察其對高血脂癥的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)高脂對照組和低、中、高三個劑量實(shí)驗(yàn)組。結(jié)果表明，脫乙酰甲殼素中、高劑量組的總膽固醇及總甘油三酯含量與高脂對照組比較，前者降低了10.5%、14.2%，后者降低了18.8%和26.1%，低、中、高劑量三實(shí)驗(yàn)組的高密度脂蛋白膽固醇與高脂對照組比較，分別升高了16.5%、32.7%和50.4%。顧云等對31例高血脂成人患者進(jìn)行

41、口服脫乙酰甲殼素降脂試驗(yàn)，30日后檢查，膽固醇、甘油三酯下降，低密度脂蛋白膽固醇下降，高密度脂蛋白膽固醇、脂蛋白均無明顯變化7。 6.3 抗病毒 許多科學(xué)家已從多方面證實(shí)了甲殼素硫酸酯的抗病毒活性。derek horton等證明氨基上含有so42的甲殼素衍生物對血液病毒有顯著抑制作用。1992年vorcellotti等發(fā)現(xiàn)甲殼素磺化衍生物能抑制哺乳動物的病毒感染，特別是能抑制和治療艾滋病病毒感染，抑制其復(fù)制的ic50為7微克/毫升，同時也能抑制勞舍氏白血病病毒和單純皰疹病毒。6.4 抗腫瘤 小分子甲殼素具有優(yōu)良的抗腫瘤活性，特別是甲殼素六聚糖具有很強(qiáng)的抑制腫瘤的作用。日本愛媛大學(xué)奧田教授經(jīng)實(shí)驗(yàn)

42、確認(rèn)，甲殼素在64微克/毫升的濃度時就能增強(qiáng)淋巴球細(xì)胞殺死癌細(xì)胞的作用。鈴木茂生報道，脫乙酰甲殼素能直接抑制艾氏腹水癌細(xì)胞的作用，在含有1105的癌細(xì)胞溶液中，加入0.5毫克/毫升的脫乙酰甲殼素，24小時后癌細(xì)胞完全死亡。saiki 報道，硫酸甲殼素和硫酸羧甲基甲殼素對黑色素瘤腫瘤細(xì)胞有明顯的抑制作用，且作用呈量效關(guān)系。福建師范大學(xué)劉艷如等對小白鼠接種s180腫瘤細(xì)胞，設(shè)對照組和甲殼素實(shí)驗(yàn)組，實(shí)驗(yàn)表明脫乙酰甲殼素對s180小鼠癌細(xì)胞有明顯的抑制作用。目前國內(nèi)外研究者對其抗腫瘤作用十分關(guān)注。 6.5 抗凝血muzzarelli等在五六十年代就充分認(rèn)識到甲殼素硫酸酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)與肝素相似，預(yù)示此類化

43、合物有抗凝血活性。1985年hirano報道，分子量26000，o位雙硫酸酯甲殼素的抗凝血活性是肝素（174單位/毫克）的1.92.2倍。脫乙酰甲殼素具有良好的抗輻射性能。脫乙酰甲殼素能保護(hù)肝臟，提高肝臟抗氧化能力。沈陽鐵路總醫(yī)院高風(fēng)蘭應(yīng)用脫乙酰甲殼素口服治療心絞痛5人、心律失常4人、頑固性心衰4人，均收到滿意療效。此外，某些甲殼素衍生物能結(jié)合fe2+，增強(qiáng)胃腸道的吸收功能，用于治療鐵缺乏癥。7 甲殼素的發(fā)展前景 甲殼素是21世紀(jì)的新型材料，它對人類社會的發(fā)展與進(jìn)步有著巨大的作用。7.1 資源豐富 甲殼素是地球上僅次于纖維素的第二大生物資源，年生物合成量高達(dá)100 億噸，可說是取之不盡，用之不

44、竭的生物資源。這無疑給面臨全球資源枯竭危機(jī)的人類帶來了無限生機(jī)。7.2 全球關(guān)注全球幾乎所有的國家均在研究開發(fā)甲殼素。據(jù)報道，每年發(fā)表的論文報告上萬篇，甲殼素已是一種內(nèi)涵豐富且前景廣闊的全球化和高新技術(shù)化的物質(zhì)，已成為世人矚目的前沿學(xué)科領(lǐng)域。7.3 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛甲殼素的商業(yè)產(chǎn)品已遍布全球，其應(yīng)用領(lǐng)域已拓展到工業(yè)，畜牧、家禽和水產(chǎn)品的養(yǎng)殖業(yè)，種植業(yè)、環(huán)境保護(hù)、國防及人民生活等各個領(lǐng)域，其產(chǎn)業(yè)滲透性之大，應(yīng)用學(xué)科之廣，獲利之豐厚均超過其他資源產(chǎn)業(yè)。預(yù)測將來，可形成數(shù)百億美元的市場。7.4 保障人類健康, 提高人類的生存發(fā)展質(zhì)量人類創(chuàng)造了現(xiàn)代文明，同時也破壞了自然生態(tài)平衡，人類賴以生存的自然環(huán)境日益

45、惡化。我們面對的主要疾病已不再是細(xì)菌、病毒和寄生蟲，而是諸如腫瘤、癌癥、艾滋病、心腦血管和糖尿病之類的慢性病。對這些疾病，細(xì)胞保護(hù)與調(diào)節(jié)的食物比殺傷性藥物更有應(yīng)用前景。甲殼素是目前自然界中唯一發(fā)現(xiàn)帶正電荷的食物纖維，具有現(xiàn)今食物不具備的生理功能，被譽(yù)為人體健康所必需的第6生命要素。這對于解決困擾人類社會已久的現(xiàn)代文明病，保障人類健康,提高人類的生存發(fā)展質(zhì)量具有重大意義。7.5 實(shí)現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展甲殼素是一種環(huán)保纖維源，它無毒、無味、耐曬、耐熱且耐腐蝕，不怕蟲蛀和堿的浸蝕，可生物降解，有望成為塑料的替代物，不僅可解除人類所面臨的 白色污染，還可消除人體內(nèi)外環(huán)境所面臨的有毒有害物質(zhì)對人體的威脅，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。8 總結(jié) 隨著