壳聚糖是一种高分子聚阳离子化合物,也是目前为止发现的唯一碱性的天然多糖,每年的生产总量仅低于纤维素,位居第二。壳聚糖因其特殊的生物学特性和理化性质而具有降血糖、调节脂质代谢、抑菌性、吸湿保湿性等众多优良特性,被称为第六生命要素,具有非常广阔地应用前景。由于分子内和分子间存在着较强的氢键作用,导致壳聚糖不能溶于水,只能溶解到弱酸中,从而限制了其实际应用。本课题通过对壳聚糖及其衍生物进行化学改性,制备出不同改性的壳聚糖衍生物,不仅改善了壳聚糖的水溶性,并且有效提高了其抗菌性能和生物相容性。首先,壳聚糖与氯化缩水甘油三甲基铵(醚化剂)在一定条件下反应,制备了壳聚糖季铵盐,水溶性有很大程度的提高,对金黄色葡萄球菌最小抑菌浓度为0.5 mg/mL。考察了分散剂体积,以及醚化剂用量和添加方式对试验的影响。当异丙醇与水体积比为2.5:1,壳聚糖与醚化剂质量比为1:3,醚化剂一次性加入时,所得到的壳聚糖季铵盐产率最高。但是,季铵盐的加入导致壳聚糖的细胞毒性增加,浓度为0.01 mg/mL时才具有较好的生物相容性。为了进一步改善季铵盐改性壳聚糖的细胞毒性,选用水溶性的羧甲基壳聚糖为原料,制备了氨基酸改性的羧甲基壳聚糖。考察了氨基酸种类、投料比和使用浓度对改性羧甲基壳聚糖抗菌性能的影响。试验结果表明,亮氨酸改性羧甲基壳聚糖没有明显的抑菌效果,甚至促进了细菌的生长。随着羧甲基壳聚糖与精氨酸投料比的增加,精氨酸改性羧甲基壳聚糖对大肠杆菌的抑菌率先增加,当投料比为5:1时,抑菌率达到最大值99.8%,然后处于平衡,最后在投料比为20:1时开始下降,此时对大肠杆菌的抗菌率为87.5%。当羧甲基壳聚糖与精氨酸的投料比为5:1时,精氨酸改性羧甲基壳聚糖的抑菌性能会随着溶液浓度的下降而降低,对大肠杆菌的最小抑菌浓度为2.5 mg/mL。此外,精氨酸改性羧甲基壳聚糖的生物相容性优于羧甲基壳聚糖,浓度为10 mg/mL时细胞相对增值率为79.9%,而在相同浓度下羧甲基壳聚糖的细胞相对增值率为42.8%。尽管精氨酸改性羧甲基壳聚糖生物相容性好,但是抗菌性能不理想,而壳聚糖季铵盐抗菌性能好,细胞毒性大,所以对壳聚糖进行双改性。考察了壳聚糖季铵盐与精氨酸的投料比对双改性壳聚糖抗菌性能的影响。试验结果表明,与季铵盐改性壳聚糖相比,双改性壳聚糖对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度降低了近10倍。在0.05 mg/mL浓度下,双改性壳聚糖对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99%。