果膠凝膠的生物醫(yī)學(xué)論文范文

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1果膠的來源和提取方法

1.1熱水提取熱水提取是用于從水果或蔬菜[6]的細(xì)胞壁中提取果膠的傳統(tǒng)方法。用這種方法提取是通過向原料中加入酸（檸檬酸、硝酸、鹽酸、硫酸、磷酸[7-8]），或是加堿（主要為不同質(zhì)量濃度的NaOH[9]），水的pH值控制在1~10。使用熱水提取的主要缺點在于，長期加熱可能會導(dǎo)致果膠鏈的斷裂，從而導(dǎo)致聚合度的減少，而且從其他植物殘體中分離果膠難度比較大。果膠鏈的聚合可導(dǎo)致纏結(jié)系統(tǒng)能力的降低，這會使凝膠具有較低的機械性能。這種果膠特別適用于藥物遞送或用于軟組織再生，但是不適合于機械性刺激傳輸在再生過程中起重要作用的組織（即骨或軟骨再生）。酸處理也可能引起萃取設(shè)備的腐蝕，并且導(dǎo)致水污染的問題，而堿性提取可以降低甲基和乙酰基含量和半乳糖醛酸主鏈的長度。為了克服這些缺點，F(xiàn)ishman等人提出2種不同的策略來縮短提取時間，采用微波預(yù)先處理后的熱水提取和通過在壓力下用蒸汽噴射加熱的方法來減少加熱時間。

1.2螯合化合物萃取果膠除多見于初級細(xì)胞壁中以外，在中間薄片（在植物細(xì)胞壁連接相鄰細(xì)胞的層）中與鈣離子結(jié)合，以果膠酸鈣的形式存在。用鈣螯合化合物的冷熱水溶液從中間薄層中提取果膠（如乙二胺四乙酸，乙二胺四乙酸，環(huán)己二胺四乙酸-CDTA[10]，咪唑緩沖液，六偏磷酸鈉或草酸銨），可以從果膠酸鈣中除去鈣離子而不損壞其果膠半乳糖醛鏈。然而，完全去除螯合試劑較難做到，殘余的螯合劑嚴(yán)重影響果膠的膠凝特性，降低了形成穩(wěn)定凝膠的能力。

1.3酶法提取現(xiàn)在，用酶提取果膠的方法也已被充分利用。果膠酶主要從微生物和真菌中提取，用于催化果膠，使其從植物細(xì)胞壁中被提取出來。酶處理的方法導(dǎo)致果膠內(nèi)部鏈的斷裂，從而降低溶液的黏度，溶液更容易過濾和離心。酶法提取的主要缺點是其復(fù)雜的生產(chǎn)流程和高成本。此外，如果提取過程沒有控制好，果膠會通過酶降解，引起其膠凝性質(zhì)的改變。總之，這些缺點使酶法提取在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提取果膠時不采用。

2凝膠的形成

DE值是衡量果膠酯化度高低的參數(shù)，是指果膠分子中平均每100個半乳糖醛酸殘基C6位上以甲酯化形式存在的百分?jǐn)?shù)。通常人們將DE值高于50%的果膠稱為高甲氧基果膠（HM果膠），反之將DE值低于50%的果膠稱為低甲氧基果膠（LM果膠）[11]。高甲氧基果膠溶液要求在pH值2.0~3.8內(nèi)且體系中含有55%以上的可溶性固體物（多為蔗糖）時，經(jīng)冷卻后可形成非可溶性凝膠。原理是果膠分子間只有相互靠近形成許多結(jié)合區(qū)，才能達到形成凝膠的三維空間網(wǎng)絡(luò)，而如果果膠分子所帶電荷越多，它們之間相互排斥就越嚴(yán)重，凝膠形成就越難。因此，控制果膠分子電荷數(shù)目就成為凝膠形成的關(guān)鍵。溶液pH值在2.0~3.8，可抑制COOH-基團的解離，而高DE值也是減少負(fù)電荷的關(guān)鍵。一般來說，DE值越高成膠就越容易，所以高甲氧基果膠在濃度為0.3%時即可形成凝膠。另外，果膠分子間脫水化程度也是影響凝膠形成的重要因素。LM果膠形成凝膠的機理與HM果膠大不相同。由于其DE值低，果膠分子中-COO-相對較多，果膠分子僅靠調(diào)節(jié)溶液pH值很難形成結(jié)合區(qū)，此時需要有鈣離子的參與，果膠分子能與鈣離子等形成“蛋盒”式結(jié)合區(qū)。在形成凝膠時受鈣離子質(zhì)量濃度影響較大，而受糖及酸含量影響較小，故其凝膠條件溶液pH值為2.6~6.8。影響LM果膠體系凝膠形成的主要因素有pH值、可溶性固體物質(zhì)含量及種類、果膠質(zhì)量、果膠DE值、果膠含量和鈣離子濃度等[12]。

3果膠在生物學(xué)上的應(yīng)用

果膠凝膠的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用與其物理性質(zhì)（水分含量，有能力穩(wěn)定固定細(xì)胞、基因、蛋白質(zhì)、藥物或生長因子的能力）有關(guān)。這種凝膠有許多不同的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，一般可分為藥物輸送、基因傳遞、組織工程和傷口愈合[13]。

3.1鼻腔給藥按照慣例，鼻腔給藥用于局部疾病，如鼻過敏、鼻塞和鼻感染的治療。最近研究表明，肽和蛋白質(zhì)不容易通過注射給藥時，可用鼻腔給藥途徑為全身輸送低分子量的藥物。鼻腔給藥避免了藥物肝臟的首過代謝。鼻腔給藥適合難以吞咽藥片或為那些拒絕肌肉注射治療的患者使用。果膠無論是對持續(xù)的快速給藥還是脈沖鼻腔給藥都已得到研究。在果膠的這些應(yīng)用中，芬太尼-果膠鼻腔噴射劑已被證明對改善鎮(zhèn)痛發(fā)作、治療效果及癌癥疼痛有作用，可以達到快速釋放藥物的要求。

3.2口服給藥口服給藥仍是藥品管理的首選途徑，尤其是對于慢性病癥來說，持續(xù)服藥是必需的。然而，藥物輸送距離長并且要經(jīng)歷不同的環(huán)境條件，如胃里的低pH值和胃蛋白酶的分解，小腸里的微生物也會分解。由于這些原因，蛋白質(zhì)和多肽藥物類藥物不適合口服給藥，因為胃腸道里的消化酶能將它們分解，經(jīng)過腸屏障就會導(dǎo)致吸收率低，不易通過小腸。為了保護藥物避免其受到降解，能在特定的目標(biāo)器官里釋放，藥物被封裝成微米或納米膠囊。果膠則被用來做成膠囊，用來持續(xù)的藥物遞送和遮擋藥物的氣味。果膠有抵抗胃腸道里具有活性的蛋白酶和淀粉酶降解的能力，而最終被腸道里的菌群降解，這適合結(jié)腸藥物以及蛋白質(zhì)和多肽類藥物。但是果膠凝膠容易溶脹在水介質(zhì)中（如胃），并有少量的藥物可以釋放在胃腸道中。為了克服這個問題，二價離子（如鈣、鋅）或其他聚合物（如脫乙酰殼多糖、乙基纖維素或羥丙基甲基纖維素）被用來做成效果更好的果膠凝膠，用于結(jié)腸藥物的輸送。

3.3眼部給藥對于各種眼科疾病的治療方法來說，藥物直接滴入眼睛是廣為接受和最流行的給藥途徑。由于眼睛的有效保護機制，眼科藥物的生物利用度非常低。眨眼睛和流淚都會除掉進入眼睛里的外來物質(zhì)，包括藥物。水溶性聚合物在生理條件下可以形成水凝膠，例如果膠凝膠，已被評估為新的策略，用來增強藥物的接觸時間和藥物的滲透。吡羅昔康（一種非甾體抗炎藥物），用果膠微粒作為眼部運輸方法，并對其進行了評估。這個系統(tǒng)不僅可以確保高的生物利用率，而且一些其他運輸方法有的缺點，如導(dǎo)致視力模糊、需要進行插入和拔出以及穩(wěn)定性等問題都得到了改善。

4結(jié)論

提供人們所熟知的的多糖、果膠在一些非傳統(tǒng)領(lǐng)域中的應(yīng)用，并介紹此多糖的化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點、來源和提取方法，這些都會影響凝膠的形成，并突出果膠在生物醫(yī)學(xué)上的不同應(yīng)用。

作者：韓健王永春黃震單位：青島科技大學(xué)化工學(xué)院