從工業到漁業,從化妝品到醫療品,甲殼素無所不能?

2020-12-01 澎湃新聞

從工業到漁業，從化妝品到醫療品，甲殼素無所不能？

2020-09-30 06:28 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

文/陳根

據外媒New Atlas報導，一項新研究稱，從蝦、螃蟹、蘑菇和其他生物體中提取的甲殼素可能會成為3D列印的一種新的多層聚合物塗層，並可以保護士兵在戰場中免受子彈、雷射、有毒氣體、微生物等的危害。

甲殼質(C8H13O5N)n，又稱甲殼素、幾丁質，英文名Chitin。1811年被法國學者布拉克諾(Braconno)發現，1823年由歐吉爾(Odier)從甲殼動物外殼中提取出了這種物質。甲殼素是甲殼類和昆蟲等節肢動物外骨骼中的主要成分，但也存在於許多其他生物的細胞壁中，包括線蟲、原生動物和真菌等。

自然界中，甲殼質廣泛在於低等植物菌類、蝦、蟹、昆蟲等甲殼動物的外殼、真菌的細胞壁等。近年來，它在農業、醫藥和新材料的開發中的應用越來越廣。

現在，美國休斯敦大學化學和生物分子工程教授Alamgir Karim領導的休斯敦大學研究團隊正在研究如何將甲殼素轉化為一種生物基、可生物降解的高抗衝擊塗層，用於軍事應用。在美國國防部60萬美元資金的資助下，該研究團隊的目標不僅是生產出更輕、更堅韌的機體裝甲，而且要開發出一種可以抵禦彈丸撞擊的印刷塗層，還可以抵禦雷射、微生物和毒氣。

甲殼質的化學結構和植物纖維素非常相似，都是六碳糖的多聚體，分子量都在100萬以上。纖維素的基本單位是葡萄糖，它是由300～2500個葡萄糖殘基通過β1，4糖甙鏈連接而成的聚合物。幾丁質的基本單位是乙醯葡萄糖胺，它是由1000～3000個乙醯葡萄糖胺殘基通過p1，4糖甙鏈相互連接而成的聚合物。而幾丁聚糖的基本單位是葡萄糖胺。

甲殼素其實是葡萄糖的衍生物，其長鏈聚合物結構由乙醯基基團固定在一起。當這些基團被去除後，甲殼素就變成了殼聚糖，這是一種較少的纖維，比較容易處理，通常作為膳食補充劑出售。雖然最常從甲殼素中收穫，但休斯敦大學團隊更傾向於將蘑菇作為甲殼素的來源，因為它們可以實現更一致和標準化的聚合過程。

為了將殼聚糖變成一種實用的塗層，該團隊一直在調整其原子表面結構，幫助其形成功能層。這些層可以通過3D列印形成不同功能的層，包括堅硬的抗衝擊層，可以像機動車上的褶皺區一樣的吸能層、利用木炭納米顆粒吸收有毒氣體的層以及用於粘附的紡織層等。

甲殼素的應用範圍非常廣泛，在工業上可做布料、衣物、染料、紙張和水處理等；在農業上可做殺蟲劑、植物抗病毒劑；漁業上做養魚飼料；化妝品領域可用作美容劑、毛髮保護、保溼劑等；醫療用品上可做隱形眼鏡、人工皮膚、縫合線、人工透析膜和人工血管等……目前，休斯敦大學團隊的研究目標是為軍事人員生產多重保護塗層，同時探索可應用於汽車、建築和其他行業的新型材料。

關鍵詞 >> 化學,材料,甲殼素

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