壳聚糖及其衍生物因其优良的生理活性和药理功能作用,在药物、食品、医用材料、化工等方面显示出非常诱人的应用价值和广泛的市场前景,近年来在国内外对壳聚糖的开发研究十分活跃。然而壳聚糖因其独特的分子结构及其性质,只能溶于稀酸水溶液,极大地限制了它作为医用材料在医学领域的应用。如何既能改善其水溶性,又能保留它原有的生物活性甚至赋予它新的生物活性,这是壳聚糖研究中非常重要的研究热点,也正是本论文研究的主要内容。(1)通过在壳聚糖的-OH或-NH2上定向修饰了不同亲疏性质的官能团,得到了9种壳聚糖衍生物,分别是:N-苯甲酰壳聚糖、O-苯甲酰壳聚糖、N-羧丁酰壳聚糖、O-羧丁酰壳聚糖、N-3’,4’,5’-三羟基苯甲酰基、N-3’,4’-二羟基苯甲酰基、N-3’,5’-二羟基苯甲酰基、邻苯二甲酰壳聚糖和N-邻羧基苯甲酰壳聚糖。通过FTIR和1H NMR表征,证实了衍生物结构的变化,通过XRD表征,证实了衍生物结晶状态的变化和水溶性之间的关系。进一步研究了修饰部位、修饰基团、取代度(DS)和分子量(Mw)对衍生物溶解性的影响。实验结果表明在-NH2上修饰疏水或亲水基团均可以阻碍壳聚糖分子内和分子间氢键的形成,增加壳聚糖的水溶性;在-OH上修饰疏水性基团能增加壳聚糖的有机溶剂溶解性,修饰亲水性基团能增加其水溶性,但是所需的DS较高。因此壳聚糖C2-NH2上修饰的基团类型和DS是改善其水溶性的关键。血液相容性实验结果表明,衍生物的残余-NH2越少血液相容性越好,而在C2-NH2上修饰亲水性或疏水性基团均能改善壳聚糖衍生物的血液相容性。相比较壳聚糖原料,9种衍生物都具有更好的血液相容性。DPPH自由基清除能力研究表明,壳聚糖原料具有的清除能力不强,而衍生物的修饰基团类型和分子量大小对其清除能力的影响非常大,9种衍生物中只有N-3’,4’,5’-三羟基苯甲酰壳聚糖和3’,4’-二羟基苯甲酰壳聚糖具有非常好的DPPH自由基清除能力。(2)通过FTIR、1H NMR表征,证实了在稀醋酸水溶液中壳聚糖与还原糖(D-葡萄糖、D-果糖、L-鼠李糖、D(+)半乳糖、L-阿拉伯糖、D-甘露糖、麦芽糖和D-乳糖)能够发生Maillard反应。首次通过对8种类型还原糖接枝的壳聚糖衍生物(西佛碱衍生物和还原后的N-糖基化衍生物)水溶性的定性和定量测试,筛选到水溶性最好的壳聚糖衍生物—果糖壳聚糖西佛碱衍生物(CS=Fru)。并对果糖和壳聚糖的反应条件进行了优化,结果表明果糖和壳聚糖以3:1的摩尔比反应,反应温度为70℃,反应时间为4 d,得到CS=Fru的水溶性最好,达到13.20 g/L。合成的西佛碱衍生物和N-糖基化衍生物的水溶性主要受到DS和修饰基团的影响:DS太低或太高均不能使衍生物具有水溶性,西佛碱衍生物的水溶性优于还原后的N-糖基化衍生物,酮糖修饰后的西佛碱衍生物的水溶性优于醛糖修饰后的西佛碱衍生物。经检测,水溶性最佳的CS=Fru样品的DPPH半清除浓度约为2.0 mg/mL,血液相容性大幅提高,基本无皮肤刺激性。(3)论文在前述的研究基础上,首次合成了N-果糖壳聚糖西佛碱季铵盐(CS=Fru-DEAE),FTIR和1H NMR表征证实了衍生物结构的变化,水溶性测定结果证明:壳聚糖C2-NH2上修饰基团的类型和DS是决定衍生物水溶性的关键。水溶性实验结果显示,C2-NH2上修饰的N,N-二乙氨基氯乙烷(DEAE)越多则水溶性越佳,果糖的DS过高则会降低水溶性;-OH上修饰的DEAE的多与少对衍生物水溶性没有明显的影响。初步评价结果表明,CS=Fru-DEAE在水中的最大溶解度为55.6 g/L,并具备良好的吸湿保湿性和血液相容性,其DPPH自由基清除能力随着果糖DS的增加而增加,且基本无皮肤刺激性。促进大鼠伤口愈合能力的动物实验结果显示CS=Fru3d-DEAE具有以下功能:加速炎症细胞渗出到伤口区;加速渗出,以形成稠纤维蛋白并激活纤维母细胞移行到伤口区;刺激巨噬细胞移行;刺激纤维母细胞增生和Ⅲ型胶原纤维产生;刺激机体SOD活力增加等作用。