通过原纤维表面阳离子化从部分脱乙酰化alpha;-甲壳素制备单个几丁质纳米晶须

Yimin Fan, Tsuguyuki Saito, Akira Isogai *Graduate School of Agricultural and Life Sciences, The University of Tokyo, Tokyo 113-8657, Japan

摘要：

通过在90℃下33％NaOH处理2-4小时将几丁质部分脱乙酰化至N-乙酰化程度（DNAc）0.74-0.70。 固体回收率或产品收率为85-90％。 结晶度指数和保持了原有几丁质的晶体尺寸，表明部分脱乙酰基主要发生在几丁质微晶表面。 透明和高度粘稠的液体是通过将部分脱乙酰几丁质在pH3-4的水中分散整合而获得的。 透射电子显微镜（TEM）显示，液体主要由单个纳米须组成，平均宽度和长度分别为6.2plusmn;1.1和250plusmn;140nm。 在TEM图像中也检测到长度超过500nm的一些几丁质纳米纤维。 因为DNAc值0.74-0.70对应于1.34-1.56mmol g 1 C 2 - 氨基含量，因此在pH 3-4的水中通过质子化可以在alpha;-甲壳质原纤维表面高密度地形成高的阳离子电荷。

关键词：几丁质；纳米晶须 ；部分脱乙酰化 ；个性化 ；几丁质纤维

1. 介绍

天然几丁质由结晶纤维组成，其侧向尺寸取决于它们的生物学指标（Watthanaphanit，Supaphol，Tamura，Tokura，＆Rujiravanit，2008），其侧向尺寸范围从2.5到25nm，几丁质有潜力转化成单个的纳米 一些缩小的过程的纤维。 然而，由于原纤维之间通过大量的氢键紧密结合，从而物理和生物学上支持生物体，因此实现几丁质原纤维的完全个性化通常是困难的。 当高能超声处理等苛刻的机械处理应用于蟹壳和虾壳时，30-45分钟获得30-120nm的原纤维束（Zhao，Feng，＆Gao，2007）。

几丁质纳米晶体的制备方法已经建立：代表性的方案包括用3M HCl在高温下水解几丁质，伴随着聚合产率和聚合度的牺牲（Goodrich＆Winter，2007 ; Gopalan Nair＆Dufresne，2003a; Li，Revol和Marchessault，1996b，1997; Li，Re vol，Naranjo和Marchessault，1996a; Lu，Weng和Zhang，2004; Paillet＆Dufresne，2001）。这些甲壳素纳米晶体具有10-12nm宽度和约200nm长度的自旋dle-like形态，已被研究作为用于增强的纳米复合材料，用于组织工程和其他应用中的纳米支架（Gopalan Nair＆Dufresne，2003a ，2003b，2003c; Junkasem，Rujiravanit，＆Supaphol，2006; Morin＆Duf resne，2002; Muzzarelli等，2007; Phongying，Aiba，＆Chira chanchai，2007）。由于每年都有大量的螃蟹和虾壳甲壳素作为食物垃圾生产，所以需要多功能地使用alpha;-甲壳质作为功能材料。

我们已经开发了新的方法来制备大部分单独和高度结晶的纤维素纳米纤维和通过2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（TEMPO）介导的天然纤维素氧化分散在水中的几丁质纳米晶体（Saito，Kimura，Nishiyama，＆Isogai，2007; Saito，Nishiyama，Putaux，Vignon，＆Isogai，2006; Saito et al。 ，2009）。通过TEMPO介导的氧化作用在纤维素和几丁质微晶表面上高密度地形成阴离子带电的C6-羧酸酯基团是转化为分散在水中的单独的纤维素纳米原纤维和几丁质纳米晶体的关键驱动力。

基于上述原理，通过在pH3-4的水中简单机械分解，从鱿鱼笔b-几丁质成功地制备3-4nm截面宽度和至少几微米长的单个几丁质纳米原纤维（Fan ，Saito，＆Isogai，2008b）。 在这种情况下，原纤维表面上的葡糖胺单元形成阳离子电荷，然后在水中引起纤维间静电排斥。 这种简单的制备鱿鱼笔 b-几丁质纳米纤维的分解方法在安全性方面是有利的，用于功能性食品，化妆品和相关领域，因为该方案不涉及化学改性。 然而，在任何测试条件下，这种原纤维个体化的方法都不适用于alpha;-甲壳素。只有通过简单的方法才能将鱿鱼笔b-几丁质转化为长且单个的原纤维，这可能是因为它的结晶度低和一些结构特异性 Fan等人，2008b）。