Chitosan nanopartiklar-egenskaper och tillämpningar

av Will SoutterMay 2 2013

Chitosan är en intressant polymer som har använts i stor utsträckning inom det medicinska området. Det är antingen delvis eller helt deacetylerat kitin. Eftersom kitin förekommer naturligt (till exempel i svampcellväggar och kräftskal) är kitosan ett helt biologiskt nedbrytbart och biokompatibelt och kan användas som ett lim och som ett antibakteriellt och antifungalt medel.

Chitosan har undersökts i stor utsträckning som en potentiell läkemedelsbärare på grund av dess biokompatibla egenskaper. Vissa studier har föreslagit att man använder chitosan för att belägga nanopartiklar gjorda av andra material för att minska deras påverkan på kroppen och öka biotillgängligheten.

graden av deacetylering och molekylvikten av kitosan kan modifieras för att erhålla olika fysikalisk-mekaniska egenskaper. Den elementära sammansättningen av kitosanpolymeren är kol (44,11%), väte (6,84%) och kväve (7,97 %). Viskositetsmedelmolekylvikten för kitosan är ~5.3 x 105 Dalton.

Scanningelektronmikrograf av chitosanbelagda nanopartiklar laddade med docetaxel.
Bildkrediter: s Saremi, Teherans medicinska universitet via Open-i, US National Library of Medicine.

bildning av chitosan nanopartiklar

Chitosan har undersökts i stor utsträckning som en potentiell läkemedelsbärare på grund av dess biokompatibla egenskaper. Vissa studier har föreslagit att man använder chitosan för att belägga nanopartiklar gjorda av andra material för att minska deras påverkan på kroppen och öka biotillgängligheten.

graden av deacetylering och molekylvikten av kitosan kan modifieras för att erhålla olika fysikalisk-mekaniska egenskaper. Den elementära sammansättningen av kitosanpolymeren är kol (44,11%), väte (6,84%) och kväve (7,97 %). Viskositetsmedelmolekylvikten för kitosan är ~5,3 x 105 Dalton.

antifungala egenskaper hos kitosan

i sin fria polymerform uppvisar kitosan antifungal aktivitet mot Alternaria alternata, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Phomopsis asparagi och Rhizopus stolonifer. Den antifungala aktiviteten hos kitosan beror på dess koncentration, molekylvikt, substitutionsgrad och typen av funktionella grupper som läggs till kitosan, liksom typen av svamp.

medan derivat av polymeren kan skapas för att rikta sig mot specifika patogener, visar chitosan naturlig svampdödande aktivitet utan behov av kemisk modifiering.

Chitosan nanopartiklar i Drug Delivery

flera forskargrupper har studerat egenskaperna hos chitosan nanopartiklar i syfte att använda dem som en drug delivery agent. Materialets biokompatibilitet och icke-toxicitet gör det attraktivt som ett neutralt medel för leverans av aktiva medel.

forskning i 2005 bekräftade att jonisk gelering kan användas för att producera chitosan-TPP nanopartiklar av tillräcklig kvalitet för användning i kliniska tillämpningar. Forskarna bestämde också effekten av vissa tillverkningsparametrar på partikelegenskaperna för att säkerställa repeterbara resultat från produktionsprocessen.

forskning som genomfördes 2006 fokuserade sedan på in vitro-och in vivo-interaktionen mellan chitosan nanopartiklar (CSNPs), som en ny partikelformig läkemedelsbärare med epitelceller på okulär yta. Jonotropisk gelering användes för att producera CSNPs märkta med fluoresceinisotiocyanat-bovint serumalbumin.

tre olika csnp-koncentrationer togs och humana konjunktival epitelceller (IOBA-NHC) exponerades för dem i 15, 30, 60 och 120 minuter. Livskraft och cellöverlevnad mättes efter en 24-timmars återhämtningsperiod i odlingsmediet och omedelbart efter behandlingen.

konfokal mikroskopi användes för att mäta förhållandet mellan CSNPs och IOBA-NHC-celler. Fluorometri användes för att studera effekterna av temperatur och metabolisk hämning. Den akuta toleransen och in vivo-upptaget av den okulära ytan till Cnsp studerades på kaniner.

det observerades att upptaget av Csnp var kontinuerligt under experimentets tid och var beroende av temperatur. Det fanns ingen effekt på CNSP-upptag på grund av metabolisk hämning av natriumazid.

det fanns inga tecken på förändring eller inflammation efter CSNP-exponering på kaninens okulära yta. Fluorescensmikroskopi av lock sektioner och kanin ögongloben bekräftade in vivo upptag av hornhinnan och konjunktival epitel. Dessa nanopartiklar accepterades väl av de okulära ytvävnaderna.

för läkemedelsleverans via icke-injektion till slemhinnor är en av de viktigaste utmaningarna absorptionen av läkemedlen på dessa platser. Läkemedelsleveranssystemet bör ha mukoadhesiva partiklar och släppa läkemedlet över tiden.

på grund av den positiva laddningen av kitosan kan den binda med det negativt laddade slemet. Således kan chitosan fungera som en utmärkt bärare för mukoadhesiva läkemedel. Chitosanbaserade nanopartiklar har använts för att leverera läkemedel till lungorna, med chitosan som hjälper till att fästa vid lungslemhinnan.

Torrpulverinhalation av rifampicin, ett läkemedel mot tuberkulos, formulerat med kitosan som polymerbärare visade fördröjd läkemedelsfrisättning i 24 timmar. På liknande sätt ökade lungavsättningen av itrakonazol, ett antisvampläkemedel, när det formulerades som spraytorkade mikropartiklar av itrakonazol laddade med chitosan nanopartiklar.

guld-Chitosan partiklar för Heavy Metal Sensing

i en annan bit av forskning i 2005, en innovativ strategi för att använda guld nanopartiklar tak med chitosan för avkänning heavy metal joner föreslogs. Chitosan är polykationisk och kan därför fästas på de negativt laddade guldnanopartikelytorna genom elektrostatiska interaktioner.

användning av chitosan ger tillräckligt steriskt hinder för att säkerställa kolloidstabilitet och funktionaliserande nanopartiklar som kan användas som sensorer. Chitosans kelaterande egenskaper och guld nanopartiklar optiska egenskaper har använts för att detektera låga koncentrationer av tungmetalljoner i vatten.

Kitosanpartiklar för vattenbehandling

förutom medicinska tillämpningar har kitosan också använts vid vattenbehandling. Närvaron av funktionella grupper som hydroxyl och amino i kitosan gör det till ett utmärkt adsorbent. En studie rapporterade att kitosanbelagda nanopartikelmembran kunde ta bort bakterier mycket bättre än obelagda membran.

en annan studie i 2015 rapporterade användningen av chitosan-zinkoxid nanopartiklar för avlägsnande av ca 99% färg från textilutflöde. Om kitosan görs magnetisk kan den, tillsammans med de adsorberade färgämnena, lätt återvinnas med hjälp av magnetiska krafter, vilket möjliggör god återanvändning av vattnet.

tillämpningar av Chitosan nanopartiklar

tillämpningar av chitosan nanopartiklar listas nedan:

• antibakteriella medel, genleveransvektorer och bärare för proteinfrisättning och läkemedel.
• ett potentiellt adjuvans för vacciner som influensa, hepatit B och piglet paratyphoidvaccin.
• Ett nytt nasalt leveranssystem för vacciner. Dessa nanopartiklar förbättrar antigenupptag av mukosala lymfoida vävnader och inducerar starka immunsvar mot antigener.
• Chitosan har också visat sig förhindra infektion i sår och påskynda sårläkningsprocessen genom att öka tillväxten av hudceller.
• Chitosan nanopartiklar kan användas för konserveringsmedel medan förpackning livsmedel och inom tandvården.
• Det kan också användas som tillsats i antimikrobiella textilier för att producera kläder för hälso-och sjukvård och andra yrkesverksamma.
• Chitosan nanopartiklar visar effektiv antimikrobiell aktivitet mot Staphylococcus saprophyticus och Escherichia coli.
• dessa material kan också användas som ett sårläkande material för att förebygga opportunistisk infektion och för att möjliggöra sårläkning.
• nanopartiklarna har också visat sig visa hudregenerativa egenskaper när Material testades på hudcellsfibroblaster och keratinocyter i laboratoriet, vilket banar väg för anti-aging hudvårdsprodukter.

källor och vidare läsning

• Antifungal aktivitet av Chitosan nanopartiklar och korrelation med deras fysiska egenskaper-International Journal of Biomaterials
• Ultra-små vattendispergerbara fluorescerande chitosan nanopartiklar: syntes, karakterisering och specifik inriktning – Royal Society of Chemistry
• heavy-metal ion sensorer med hjälp av chitosan-utjämnade guld nanopartiklar –IOP vetenskap
• Chitosan för biomedicinska tillämpningar – University of Iowa
• senaste framstegen i Chitosan-baserade Nanopartikulera Lung Drug Delivery—nanoskala
• Textil färgämne borttagning från avloppsvatten efuenter använder chitosan–ZnO nanokomposit. Journal of Textile Science and Engineering
• färgämne avlägsnande och kinetik av adsorption av magnetiska chitosan nanopartiklar. Desalin Water Treat

denna artikel uppdaterades den 2 September, 2019.

skriven av

kommer Soutter

kommer har en B.Sc. i kemi från University of Durham, och en M.Sc. i grön kemi från University of York. Naturligtvis, Will är vår bosatta Kemiexpert men, en kärlek till vetenskap och internet gör Will till teamets allroundare. På fritiden kommer gillar att spela trummor, laga mat och brygga cider.

citat