کیتین یک موکو پلی ساکارید طبیعی با فرمول شیمیایی (C8H13NO5) بوده که به وفور در اسکلت خارجی بندپایان مانند میگو، خرچنگ و همچنین گیاهان پست از قبیل مخمرها و کوتیکول حشرات یافت می‌شود. کیتوسان با فرمول شیمیایی (C6H11NO4) از استیل زدایی کیتین بدست می‌آید که به دلیل غیر سمی بودن، خاصیت جذب بالا، امکان تجزیه در طبیعت، سازگاری با محیط زیست، مقرون به صرفه بودن از نظر اقتصادی، توانایی حذف محدودهٔ وسیعی از رنگها و فلزات، سینتیک سریع و در نهایت امکان تهیه مشتقات فراوان از آن، بسیار مورد توجه است. خصوصیات کیتوسان اغلب به طبیعت شیمیایی آن بستگی دارد. از جمله:
- درجه استیل زدایی
- جرم مولکولی
- کریستالیته
- بار یونی گروههای عاملی
تفاوت نانوذرات مختلف کیتوسان، در جرم مولکولی و اندازه نانوذرات آن است.
کاربر های نانو ذرات کیتوسان
تحویل دارو
چندین گروه تحقیقاتی خواص نانوذرات کیتوسان را با هدف استفاده از آنها به عنوان یک عامل انتقال دارو بررسی کرده اند. سازگاری زیستی و غیر سمی بودن ماده باعث جذابیت آن به عنوان یک ماده خنثی برای رساندن عوامل فعال می شود.کاربرد بالینیتحقیقات تایید کرد که از ژلاسیون یونی می توان برای تولید نانو ذرات کیتوسان با کیفیت کافی برای استفاده در کاربردهای بالینی استفاده کرد. محققان همچنین برای اطمینان از نتایج قابل تکرار از فرآیند تولید ، تأثیر برخی پارامترهای تولید بر روی خصوصیات ذرات را تعیین کردند.
تصفیه
از کیتوسان می توان در هیدرولوژی به عنوان بخشی از فرآیند فیلتراسیون استفاده کرد. کیتوسان باعث اتصال ذرات ریز رسوبات به یکدیگر می شود و متعاقباً در حین فیلتراسیون شن و ماسه با رسوب از بین می رود. همچنین مواد معدنی سنگین ، رنگها و روغنها را از آب خارج می کند. کیتوسان همراه با فیلتراسیون شن و ماسه تا 99٪ کدورت را از بین می برد.
نقش بیولوژیکی
کیتوسان یکی از جاذب های بیولوژیکی است که برای حذف فلزات سنگین بدون تأثیرات منفی زیست محیطی استفاده می شود.در ترکیب با بنتونیت ، ژلاتین ، سیلیکاژل ، ایزینگلاکس یا سایر مواد ریز کننده ، برای شفاف سازی شراب ، مید و آبجو استفاده می شود. در اواخر فرآیند دم آوری ، کیتوسان لخته سازی را بهبود می بخشد ، و سلولهای مخمر ، ذرات میوه و سایر ریزه هایی را که باعث شراب مبهم می شوند ، از بین می برد.
تصفیه آب
جدا از کاربردهای پزشکی ، از کیتوسان در تصفیه آب نیز استفاده شده است. وجود گروههای عملکردی مانند هیدروکسیل و آمینو در کیتوسان از آن یک جاذب عالی ساخته است. یک مطالعه گزارش داد که غشاهای نانوذره ای پوشش داده شده با کیتوسان قادر به از بین بردن باکتری ها بسیار بهتر از غشاهای بدون پوشش هستند.
حذف پساب
مطالعه دیگری در سال 2015 استفاده از نانو ذرات کیتوسان و نانو ذرات اکسید روی را برای حذف حدود 99٪ رنگ از پساب نساجی گزارش کرد. اگر کیتوسان مغناطیسی شود ، می توان آن را بهمراه رنگهای جذب شده با استفاده از نیروهای مغناطیسی به راحتی بازیابی کرد و باعث استفاده مجدد از آب شد.
ترمیم زخم
همچنین ثابت شده است که کیتوسان با افزایش رشد سلول های پوستی از عفونت در زخم ها جلوگیری کرده و روند ترمیم زخم را تسریع می کند.
فعالیت ضدمیکروبی
نانو ذرات کیتوسان فعالیت ضد میکروبی موثری در برابر استافیلوکوکوس ساپروفیتیکوس و اشریشیا کلی نشان می دهند. همچنین می تواند به عنوان افزودنی در منسوجات ضد میکروبی برای تولید لباس برای مراقبت های بهداشتی و سایر متخصصان استفاده شود.
سنتز نانو ذرات کیتوسان
یک روش معمول برای سنتز کیتوسان ، استیلاسیون کیتین با استفاده از هیدروکسید سدیم بیش از حد به عنوان معرف و آب به عنوان حلال است. این واکنش از سینتیک مرتبه اول پیروی می کند اگرچه در دو مرحله اتفاق می افتد. سد انرژی فعال سازی برای مرحله اول در 48.8 کیلوژول · مول-1 در دمای 25–120 درجه سانتیگراد برآورد می شود و بالاتر از سد مرحله دوم است.
گروه آمینه موجود در نانو ذرات کیتوسان
گروه آمینه موجود در کیتوسان دارای مقدار pKa 6.5 ~ است که منجر به پروتون سازی قابل توجهی در محلول خنثی می شود ، با افزایش اسیدیته (کاهش pH) و مقدار DA- افزایش می یابد. این باعث می شود کیتوسان محلول در آب و یک چسب زیستی باشد که به راحتی به سطوح دارای بار منفی متصل می شود ( مانند غشاهای مخاطی ) کیتوسان انتقال داروهای قطبی را از طریق سطوح اپیتلیال افزایش می دهد و زیست سازگار و زیست تخریب پذیر است. مقادیر خالص کیتوسان برای مصارف زیست پزشکی در دسترس است.
خواص شیمیایی
کیتوسان به دلیل ماهیت شیمیایی منحصر به فرد ، بار مثبت،یک بیوپلیمر پلی کاتیونی با کاربردهای بیولوژیکی گسترده است. کیتوسان دارای خواص فیزیکی شیمیایی عالی مانند چسب زیست سازگار ، زیست سازگار و قابل تجزیه زیست است. کیتوسان یک پلی ساکارید آمینه است.
خواص مولکولی و فیزیکی
بیوپلیمرهای کیتوسان و کیتین همیشه خالص نیستند. پلیمر کیتوسان اغلب از حدود 20٪ از باقی مانده های قند N-استیل گلوکوزامین کیتین تشکیل شده در حالی که کیتین اغلب از حدود 20٪ از باقی مانده های گلوکوزامین کیتوسان تشکیل شده است .
حلالیت
بیوپلیمرهای کیتوسان و کیتین نسبتاً در آب محلول نیستند تا اینکه با 7 درجه پلیمریزاسیون به الیگومرها تقسیم می شوند (کاسترو و پائولین ، 2012). پلیمرهای کیتوسان بیشتر از این زمان در محلول های pH ≤ 7 محلول در آب می شوند. خصوصیات فیزیکی پلیمر کیتوسان تأثیر قابل توجهی بر خصوصیات بیولوژیکی آن دارد. پلیمر کیتوسان باید به درستی حل شود تا تأثیرات ضد میکروبی و سایر فعالیت های بیولوژیکی آن مانند خواص افزایش ماندگاری پس از برداشت را تحت تأثیر قرار داده و نمایش دهد.
خواص بیولوژیکی
کیتوسان دارای چندین ویژگی بیولوژیکی است که آن را به ماده ای جذاب برای استفاده در کاربردهای پزشکی تبدیل می کند. این خواص شامل: تجزیه بیولوژیکی ، عدم سمیت ، اثرات ضد قارچی ، تسریع بهبود زخم و تحریک سیستم ایمنی بدن.
برنامه های کاربردی دیگر
عوامل ضد باکتری ، بردارهای انتقال دهنده ژن و ناقلین انتشار پروتئین و داروها.یک کمکی بالقوه برای واکسن هایی مانند آنفلوانزا ، هپاتیت B و واکسن پاراتیفوی خوک.
نانو ذرات کیتوسان یک مجموعه منحصر به فرد
وجود هیدروکسیل واکنش پذیر و گروه آمینه که در طبیعت فراوان است. ویژگی های شیمیایی آن ، کیتوسان را با مجموعه ای منحصر به فرد از ویژگی های عملکردی فراهم می کند. مشخصات اصلی کیتوسان درجه استیلاسیون و وزن مولکولی آن است. اینها از خصوصیات قابل حل کیتوسان ، از محلول بودن و ظرفیت تشکیل مواد گرفته تا تجزیه بیولوژیکی و ویژگی های متنوع زیست فعال ، تأثیر مهمی دارند. مدتهاست که پتانسیل بزرگ استفاده از کیتوسان در زمینه های مختلف شناخته شده است. ویژگی های بیولوژیکی مربوط به کیتوسان ، آن را به ویژه برای کاربردهای مربوط به مصارف مهندسی کشاورزی ، غذا و محیط زیست مناسب می کند.