甲壳素在自然界中储量丰富,是仅次于纤维素的第二大天然高分子,具有无毒,可生物降解,良好的生物相容性等多种特性,用途十分广泛。然而,甲壳素中存在大量的分子内和分子间氢键,具有致密的结晶结构和高度有序的三维网络,导致其难以溶解在一般的水性溶剂和有机溶剂中,加工十分困难。甲壳素的开发利用不仅具有巨大的科学价值和经济价值,而且有利于环境保护。本文以阿拉斯加雪蟹壳中提取的甲壳素为原料,通过超微碾磨处理破坏其结晶结构和分子间氢键,制备出各种结晶度的甲壳素。其中,经超微碾磨(转速为40 rpm,压力为501 N)处理60 min后得到的甲壳素的结晶度为8.39%,接近完全非晶化。这些结晶度降低的甲壳素在NaOH溶液中的溶解速率大幅提高,其中结晶度为8.39%的甲壳素仅需一个冻融循环就实现了 96.6%的溶解率。经过分析,我们认为甲壳素在超微碾磨过程中所受的力主要有两种,一种是剪切力,是破坏甲壳素分子结构的主要力量,另一种是压揉力,可使甲壳素变形和重构,并使小颗粒甲壳素重新聚集在一起。这两种力优先破坏分子间较弱的力-氢键,从而破坏甲壳素分子间的网络结构,使甲壳素非晶化。甲壳素的非晶化降低了甲壳素的加工难度,有利于其溶解再成型制备各种功能化材料。随着结晶度的降低,甲壳素的化学反应活性能够得到明显的提高,本文重点研究了结晶度的变化对甲壳素酸降解,羧甲基化和脱乙酰反应的影响:(1)对不同结晶度的甲壳素进行降解,发现随着结晶度的降低,甲壳素的降解速率大幅提高,活化能大幅降低。原料甲壳素的降解活化能为218.710 kJ/mol,而结晶度为8.39%的甲壳素的降解活化能下降到114.781 kJ/mol。结晶度的降低不仅可以加速溶剂的渗透,增强糖苷键与氢离子的结合能力,而且可以降低形成碳正离子的空间阻力,从而有利于糖苷键的断裂。(2)甲壳素的羧甲基化反应同样受结晶度的影响,随着结晶度的降低,制备的羧甲基甲壳素的羧甲基化程度有所提高,而且羧甲基化取代位点的选择性增强,其中结晶度为8.39%的甲壳素在C6-OH位取代的羧甲基甲壳素含量是在C3-OH位取代的羧甲基甲壳素含量的2.89倍。(3)对不同结晶度的甲壳素进行脱乙酰反应,反应速率随甲壳素结晶度的降低而增大,反应活化能随结晶度的降低而大幅降低,原料甲壳素的脱乙酰活化能为58.216kJ/mol,而结晶度为8.3%的甲壳素的脱乙酰活化能降低至31.753kJ/mol,其原因是甲壳素的脱乙酰反应为SN2反应,结晶度的降低有利于NaOH分子向甲壳素分子链的渗透,同时降低乙酰基的脱落阻力,加速低分子电解质向溶液的扩散,减少溶剂化结构的形成。总之,甲壳素的非晶化有利于溶剂向甲壳素分子内的扩散,可以降低其各种反应活化能,提高反应活性,在制备各种甲壳素衍生物方面均表现出明显的优势。将甲壳素脱乙酰和羧甲基化改性后获得了水溶性良好的羧甲基壳聚糖,并将其与氧化透明质酸通过席夫碱反应制备出可注射水凝胶。水凝胶的凝胶时间随着羧甲基壳聚糖和氧化透明质酸浓度的增大而降低,随着氧化透明质酸的氧化度的增大先增大后减小。当氧化透明质酸的氧化度为38.1%,浓度为4%,羧甲基壳聚糖的浓度为2%时,得到的水凝胶具有合适的凝胶时间(大约70 s)和机械强度(应变为80%时的压缩应力为76.0 kPa)。选择此水凝胶(OHA-2/CMCS)作为负载蓝莓花色苷(BA)的载体进行创面愈合实验。体外释放实验表明,负载BA的水凝胶(BA/OHA-2/CMCS)在前期能快速释放BA,为愈合初期的创面提供充足的BA,随后释放速度变慢并可持续至54 h左右,具有良好的控释效果。皮肤刺激实验显示负载各种浓度BA的水凝胶均未引起大鼠伤口出现红斑或水肿,具有良好的组织相容性。创面愈合实验表明,OHA/CMCS和BA/OHA/CMCS水凝胶能够显著促进创面愈合,促进上皮和组织再生。与OHA/CMCS水凝胶相比,BA/OHA-2/CMCS水凝胶具有明显的抗炎作用,促进胶原沉积和血管生成。通过Western Blot实验探究水凝胶促进创面愈合的作用机制,发现OHA/CMCS水凝胶在创伤修复前期能够抑制iNOS蛋白生成,促进iL-10蛋白表达,维持伤口处较低水平的NO浓度,避免细胞损伤,且具有一定的抗炎作用;BA/OHA-2/CMCS 水凝胶可以显著上调VEGF、JAK2和iL-10蛋白的水平,抑制NF-κB和iNOS蛋白的表达,显著促进血管生成,抑制促炎因子表达,提高抗炎蛋白水平。在创伤修复中期,OHA-2/CMCS水凝胶表现出较强的促血管生成能力,而BA/OHA-2/CMCS水凝胶表现出更强的抗炎活性。以上结果表明,OHA-2/CMCS水凝胶及其用于负载活性物质的水凝胶是一类具有相当潜力的伤口敷料。