کیتوسان

یکی ازپلیمرهای زیست سازگار با قابلیت تجزیه بیولوژیکی و عدم سمی بودن کیتوسان است. کیتوسان (Chitosan) مشتقی از گلوکان با واحدهای تکرار شونده کیتین است. کیتین و کیتوزان ( کیتوسان ) به عنوان یک آمینو پلی ساکارید طبیعی که دارای ساختمان بی نظیر و خصوصیاتی چند منظوره هستند به طور وسیعی در پزشکی و صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله خصوصیات بارز کیتین و کیتوسان می توان به سازگاری زیستی بالا، زیست تخریب پذیری قابل قبول در کنار سمیت پایین، همچنین خواص آنتی باکتریال و ضدحساسیت آنها اشاره کرد. علاوه بر این موارد، خصوصیات بیولوژیکی چون چسبندگی زیستی، ضد سرطان، ضد میکروب، کاهش دهنده التهاب و درد، آنتی اکسیدان، منعقد کننده خون و کاهش دهنده کلسترول، آنها را از دیگر پلیمرهای زیستی متمایز کرده است.

کیتوسان توسط روگت در سال ۱۸۵۹ با جوشاندن کیتین در محلول پتاس با غلظت مشخص به دست آمد. کیتین، از واژه یونانی کیتون، به معنای پوشش سخت پوستان گرفته شده است. کیتین، با فرمول C8H13NO5 فراوان ترین پلیمر طبیعی بعد از سلولز است. کیتین، پلی ساکارید ازت دارای است که در آن گلوکز، آمونیاک و اسیداستیک بصورت مولکول های گلوکز آمین وجود دارد و توسط میگو، خرچنگ و بسیاری از سخت پوستان دریایی تولید می شود.

کیتین، از آن جهت که از زنجیره ی گلوکزی ساخته شده است و غیر قابل حل درآب است، شبیه سلولز است، اما در ترکیب کیتین، آمینو اسید ها شرکت ندارند. به عبارت دیگر، کیتین از لحاظ ساختاری با سلولز در یک گروه استامید تفاوت دارد. کیتین، پلی ساکاریدی نیتروژن دار، سفید رنگ، غیر الاستیک و در آب و محلول های قلیایی نامحلول است. آنزیم هیدرولیز کننده ی آن کیتوناز نام دارد و سرعت واکنش هیدرولیز کیتین بسیار کند و زمان بر است. کیتین، بدلیل فراوانی در طبیعت، دسترسی آسان و از همه مهمتر، از آنجا که به عنوان یکی از ضایعات صنایع شیلات محسوب می شود از نظر اقتصادی استفاده از آن بسیار مقرون به صرفه است. کیتوسان از استیل زدایی کیتین بدست می آید که بدلیل غیر سمی بودن، خاصیت جذب بالا، امکان تجزیه در طبیعت، سازگاری با محیط زیست، مقرون به صرفه بودن از نظر اقتصادی، توانایی حذف محدوده ی وسیعی از رنگ ها و فلزات، سینتیک سریع و در نهایت امکان تهیه مشتقات فراوان از آن، بسیار مورد توجه است.

برخی از کاربردهای کیتین و کیتوسان عبارتند از:

تولید محصولات جراحی با ویژگی های درمانی و ضدعفونی کننده، استفاده جهت افزایش رشد و رویش بذرها و همچنین پوشش حفاظتی بذر ها در برابر آفت ها، در پزشکی با هدف تولید پوست مصنوعی و درمان سوختگی، در بیوتکنولوژی جهت تثبیت آنزیم ها و تجزیه پروتئین ها، در صنایع غذایی به عنوان مواد جلوگیری کننده از فساد، استفاده در داروسازی جهت تولید داروهای ضد آلرژیک و لاغری، در کشاورزی موجب افزایش جوانه زدن، افزایش ارتفاع گیاه و ضخامت ساقه ها، به عنوان یک ماده ضد قارچ برای طولانی کردن قابلیت ذخیره سازی و نگهداری محصولات تازه، استفاده از خاصیت ضد باکتریایی و ضد میکروبی آن، استفاده در مواد آرایشی و بهداشتی و…. خصوصیات کیتوسان اغلب به طبیعت شیمیایی ( درجه استیل زدایی، جرم مولکولی، چگالی و بار یونی گروه های عاملی) آن بستگی دارد. این پارامترها اغلب به شرایط و نحوه ی تهیه کیتوسان مربوط می شود. مطالعات نشان داده است، تهیه نمونه های کیتین (مانند خرچنگ، اسکوئید و میگو) از منابع مختلف، موجب تهیه کیتوسان با درجه استیل زدایی متفاوت می شود.

فرآیند استیل زدایی کیتوسان، با حذف پروتئین ها بوسیله یک ترکیب بازی انجام می گیرد و چون کیتوسان از استیل زدایی کیتین بدست می آید، یکی از خصوصیات مهم آن، میزان استیل زدایی این پلیمر زیستی است و تعیین آن، از جهت میزان تاثیر گروه های فعال موجود در ساختار پلیمر، بر میزان جذب رنگ اهمیت دارد. در نمونه های تجاری کیتوسان، درجه استیل زدایی آن همیشه کمتر از %۹۵ است، زیرا افزایش بیش از این مقدار، موجب افزایش هزینه تولید و در نتیجه افزایش قیمت آن می شود. کیتوسان با درجه استیل زدایی بالا در پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد.

نتایج محققان نشان داده است، افزایش درجه استیل زدایی کیتوسان موجب افزایش گروه های آمین این پلیمر زیستی می شود و در نتیجه پروتونه شدن گروه های آمین، موجب افزایش جذب رنگ های آنیونی از محلول می شود.

کیتوسان چگونه تولید می شود؟

کیتوسان به صورت تجاری از طریق استیل زدایی جزئی کیتین تولید می ‌شود که یک عنصر ساختاری در اسکلت بیرونی سخت پوستان و حشرات است. همچنین در دیواره‌ های سلولی قارچها، مانند قارچهای متعلق به جنس قارچهای زیگومیکوتا، در جلبکهای سبز، مانند جلبک کلرلا و همچنین در برخی از مخمرها و تک یاخته‌ ها وجود دارد. روش ساخت کیتوسان سه مرحله اصلی دارد: پروتئین زدایی، دمینرالیزاسیون و استیل زدایی. هدف فرآیند پروتئین زدایی، کم کردن محتوای پروتئین با استفاده از محلول قلیایی رقیق و حرارت دادن کافی است. فرآیند دمینرالیزاسیون برای کاهش محتوای معدنی (CaCO3) با استفاده از غلظت کمِ اسید، برای به دست آوردن کیتین در نظر گرفته شده است.

تولید کیتوسان از استیل زدایی کیتین با محلول غلیظ هیدروکسید سدیم در دماهای بالا انجام می‌ شود. این فرآیند با هدف حذف استیل از کیتین از طریق حرارت دادن در غلظت بالایی از محلول قلیایی قوی به دست می ‌آید. فرآیند استیل زدایی با استفاده از محلول قلیایی در دماهای بالا، باعث آزاد شدن استیل (CH3CHO-) از مولکول کیتین می ‌شود. محلولهای کیتوسان، مانند سایر پلیمرها، با وابستگی قابل توجهی مشخص می ‌شوند. این باعث می شود کیتوسان در آب محلول و چسبنده باشد که به راحتی به سطوح دارای بار منفی می ‌چسبد.