کیتوسان ، گوهری در قالب پلیمر!

کیتوسان چیست؟

کیتوسان یا کیتوزان یک پلی ساکارید با فرمول شیمیایی C₆H₁₁NO₄ است که از استیل زدایی کیتین به دست می ‌آید. کیتین نیز یک پلی ساکارید مانند سلولز است که نقش حفاظتی را در سلول های حشرات و سخت پوستان ایفا می کند.

با بیانی علمی تر، پلیمری که 100 درصد گروه های آمین آن استیل دار شده باشد را کیتین و پلیمری بدون گروه های آمیدی (100 درصد گروه آمین) را کیتوسان می نامند. به طور قراردادی وجود 50 درصد گروه های آمیدی، به عنوان مرز بین کیتین و کیتوسان در نظر گرفته می شود.

تولید کیتوزان به چه زمانی بازمی‌گردد؟

تاریخچۀ کیتین و کیتوسان به قرن 19 میلادی باز می گردد. دانشمندی فرانسوی به نام براکونوت، برای نخستین بار در سال 1811 کیتین را از قارچ استخراج کرد. پس از آن در سال 1859 دانشمندی به نام روگت، کیتوزان را با فرایند استیل زدایی کیتین در یک محیط بازی در حضور هیدروکسید پتاسیم (KOH) به دست آورد. در نهایت در سال 1950 ساختار کامل این ماده کشف شد و در اختیار پژوهشگران قرار گرفت.

خصوصیات کیتوسان

کیتوزان یک پلیمر غیر سمی با قابلیت جذب بالا است. این ماده امکان تجزیه در طبیعت را دارد و با محیط زیست کاملا سازگار است. بیشتر پلی ساکارید های موجود در طبیعت مانند سلولز، دکسترین و یا آگارز، به صورت خنثی یا اسیدی هستند، در حالی که کیتین و کیتوسان به صورت بازی در طبیعت موجود هستند.

به دلیل همین خاصیت منحصر به فرد، کیتوزان قادر است به صورت شیمیایی با چربی ها، کلسترول، پروتئین ها، DNA، RNA و یون های فلزی پیوند تشکیل دهد. کیتوسان در محلول اسید های رقیق در pHهای کمتر از 6 کاملا قابل حل است.

علاوه بر خواص فوق، خصوصیات بیولوژیکی مانند چسبندگی زیستی، خاصیت ضد سرطان، خاصیت ضد میکروبی، کاهش دهنده التهاب و درد، آنتی اکسیدان، منعقد کننده خون و کاهش دهنده کلسترول، کیتوسان را از دیگر پلیمرهای زیستی متمایز کرده است.

مشخصات کیتوزان

روش های سنتز کیتوزان

معمول ترین روش برای سنتز کیتوزان فرایند deacetylation کیتین با استفاده از سدیم هیدروکسید به عنوان واکنش دهنده و آب به عنوان حلال است. امروزه برای استفاده های پژوهشی و صنعتی، استفاده از کیتوزان در مقیاس نانو با اقبال بیشتری مواجه است. برای سنتز نانوذرات کیتوزان سه روش اصلی وجود دارد که در این بخش به آن ها اشاره می کنیم.

ژله ای شدن IONOTROPIC

اساس این فرایند بر هم کنش الکتروستاتیک بین گروه های آمینی کیتوزان و گروه های با بار منفی پلی آنیونی است. گروه هایی نظیر تری پلی فسفات (TPP) از مهم ترین پلی آنیون های مورد استفاده در این فرایند هستند.

در این روش کیتوسان در اسید استیک در حضور یا غیاب عامل تثبیت کننده، حل می شود. سپس پلی آنیون اضافه می شود و نانوذرات حین اختلاط با همزن مکانیکی سنتز می شوند.

میکرو امولسیون

در سنتز کیتوسان به روش میکروامولسیون، یک سورفکتانت (Surfactant) در حلالی آلی مانند n-هگزان، حل می شود. سپس کیتوزان در محلول استیک اسید و گلوتارالدئید به مخلوط سورفکتانت/ هگزان اضافه می شود. این مخلوط بایستی در زمان اضافه شدن کیتوسان، در حال هم زدن پیوسته در دمای اتاق باشد.

کمپلکس پلی الکترولیت (PEC)

این روش که با نام پلی الکترولیت خودتجمع نیز شناخته می شود، بر پایه تشکیل کمپلکس پلیمرهای کاتیونی و DNA پلاسمید (Plasmid) است. مکانیسم اصلی تشکیل PEC، خنثی سازی بار بین پلیمر کاتیونی و DNA است که منجر به افت آبدوستی جزء پلی الکترولیت در کمپلکس می شود. در این روش نانو ذرات کیتوزان به تدریج بعد از افزودن محلول DNA به محلول کیتوزان در استیک اسید در حین همزدن مکانیکی در دمای اتاق، سنتز می شوند.

اصلاح سطحی کیتوزان

امروزه برای استفاده بهینه از کیتوزان در کابردهای مختلف، مهندسی سطح روی آن انجام می گیرد. مهم ترین ماده برای اصلاح سطحی کیتوزان ، پلی اتیلن گلایکول (PEG) است. PEG به دلیل پتانسیل موثر در کاربردهای درمانی کیتوزان مورد توجه قرار گرفته است.

PEG دار کردن کیتوزان می تواند دوره گردش کیتوزان در خون را از طریق کاهش حذف آن ها از سیستم رتیکلواندوتلیال (Reticuloendothelial system)، طولانی تر کند. همچنین اصلاح کیتوزان با PEG باعث می شود بار مثبت سطحی ذرات کیتوسان کاهش یابد.

امروزه در مقالات مختلفی نانوذرات کیتوزان PEG دار شده به عنوان حامل برای مولکول های دارویی کوچک مانند پاکلی تاکسل، کامپتوتسن، متوترکسات و همه ترانس- رتینوئیک اسیدها بررسی و آزمایش شده اند.

کیتوسان چه استفاده هایی دارد؟

دارو رسانی

همان طور که ذکر شد، کیتوزان یک پلی ساکارید طبیعی زیست سازگار است. بنابراین از آن به عنوان حامل در دارورسانی هدفمند استفاده می شود. کیتوزان و محصولات زیست تخریب پذیر آن ویژگی هایی دارند که در سطح مولکولی سلول های عصبی و سد خونی مغزی، توانایی اعمال وظایف زیستی را به آن ها می دهد.

از جمله این ویژگی ها می توان به انعطاف بالا در ایجاد تغییرات سطحی، توانایی اتصال به مولکول های مختلف لیگاند (Ligand) و ایجاد کمپلکس های پایدار نانو در شرایط فیزیولوژی اشاره کرد.

کیتوزان طی زمان در سیستم های بیولوژیک تخریب می شود. میزان این تخریب پذیری با کنترل مقدار استیل زدائی آن قابل کنترل است. این خصوصیت سبب می شود داروها به طور کنترل شده در بدن آزاد شوند. بنابراین اثر گذاری آن را افزایش می دهد.

گروه های آزاد آمین که باعث مثبت شدن بار کیتوزان می شوند، برای انتقال دارو ضروری است. این بارهای مثبت باعث برهمکنش با بارهای منفی داروها، پلیمرها و مولکولهای زیست فعال، می شود. امروزه نانوذرات کیتوزان برای انتقال داروهای ضد هورمونی، انسولین و داروهای ضد سرطانی کاربرد زیادی دارند.

مهندسی پزشکی

کاربرد در بهبود زخم، کاربرد در مهندسی بافت، ژن تراپی و زیست تصویر نگاری از ارگان های حیاتی و … این ها همگی کاربردهای رو به رشد کیتوسان در مهندسی پزشکی هستند. در دهه‌های اخیر، کیتین و کیتوسان به عنوان داربست مهندسی بافت استفاده می شوند.

7

دقیــقه مطالعه

گرایش بیومواد (معرفی،تحصیل،بازارکار)

در این مقاله برای آشنایی با گرایش بیومواد مطالبی درباره ی مفاهیم و هدف این گرایش...

این کاربرد به دلیل شباهت طبیعی این پلیمرها با «گلیکوزآمین گلیکان» که از مهم ترین اجزای ماتریس خارج سلولی است، گسترش یافته است. لازم به ذکر است فرایندپذیری پلیمر کیتوسان نسبت به اکثر پلیمرها به مراتب آسان ‌تر است. این موضوع سبب می شود محصول نهایی بدست آمده از کیتوسان دارای حاشیه سود بالاتری باشد.

مواد غذایی و نساجی

کیتوسان به دلیل ویژگی هایی مانند خواص ضد میکروبی و آنتی ‌اکسیدانی، باعث جلوگیری از تغییر طعم و مزه و افزایش ماندگاری مواد غذایی می شود. از این رو به عنوان یک افزودنی مجاز در فراورده‌ های گوشتی و لبنی استفاده می‌ شود.

علاوه بر این، خاصیت ضد باکتری الیاف های کیتوزان سبب شده که امروزه از آن‌ ها در انواع لباس های ورزشی، البسه خانم‌ ها، کودکان و لباس های ظریف، زیبا، ضد بو و ضد حساسیت استفاده شود.

بسته بندی با کیتوسان

در عصر حاضر تقاضای مصرف کنندگان برای مواد آماده به مصرف و موادی که باعث حفظ کیفیت محصولات می شود زیاد شده است. کیتوزان که از تغییر شکل کیتین به دست می آید، به عنوان پوشش نیز کاربرد دارد. این پلیمر حالت انعطاف پذیری مطلوبی دارد و سبب افزایش ماندگاری می شود. به علاوه کیتوسان خاصیت ضد باکتریایی نیز دارد و اجازه نمی دهد باکتری ها روی آن رشد کنند.

بنابراین با توجه به با خاصیت ضد باکتریایی و توانایی تشکیل فیلم (روکش پلاستیکی مانند) روی مواد، کیتوزان توانایی بالقوه ای در بسته بندی دارد. فیلم کیتوزان نسبت به فیلم پلی اتیلن نفوذ کمتری به اکسیژن دارد، بنابراین مناسب تر از آن است.

تصفیه فاضلاب

پلیمر کیتوسان ماهیت پلی کاتیونی دارد. از این رو می‌ تواند به عنوان عامل لخته‌ کننده عمل کند. یعنی یون های فلزات سنگین موجود در آب را به دام بیندازد و باعث پاک سازی آب از این مواد خطرناک شود.

مکمل بدنسازی!

شاید شنیده باشید که برخی از مردم برای کاهش وزن از مکمل کیتوسان استفاده می کنند. امروزه کیتوسان به عنوان «مسدود کننده چربی» یا «به دام اندازنده چربی» در بازار ایران به فروش می رسد. با این ادعا که کیتوسان می تواند میزان چربی جذب شده در لوله گوارش شما را کاهش دهد.

گرچه توجه داشته باشید که سازمان غذا و دارو در مورد چنین ادعاهایی هشدار داده است. هشدارهایی مبنی بر این که هیچ شواهد علمی قابل اعتمادی مبنی بر این موضوع وجود ندارد. مروری بر مطالعات با کیفیت بالا نشان داده که افراد دارای اضافه وزن که از کیتوزان استفاده کردند، کاهش قابل توجه وزن نداشته اند!

اگر چه ممکن است گزارشاتی در مورد کاربرد موثر کیتوسان در کاهش چربی و کلسترول شده باشد، اما این موضوع به صورت علمی اثبات نشده است و ممکن است عوارضی را در پی داشته باشد. عوارض جانبی مصرف بی رویه کیتوسان ممکن است شامل موارد ذیل باشد:

• یبوست
• حالت تهوع
• ناراحتی معده
• تداخل با رقیق کننده های خون
• جلو گیری از جذب ویتامین های محلول در چربی مانند ویتامین A، D، E و K
• جلوگیری از جذب منیزیم در بدن

در شکل زیر خلاصه ای از کاربردهای کیتوسان را که گفته شد، می توانید مشاهده کنید. جهت بزرگتر شدن تصویر، روی آن کلیک کنید.

راهنمای خرید کیتوزان

اکثر شرکت های فعال در زمینه فروش مواد شیمیایی صنعتی و آزمایشگاهی، این ماده را ارائه می دهند. بهترین نوع این محصول ساخت شرکت سیگما آلدریج و مرک بوده و به صورت پودری عرضه می شود.

فروش کیتوسان معمولا در سه رده با وزن مولکولی پایین ، متوسط و بالا صورت می گیرد که لازم است با توجه به کاربرد مورد نظر یکی از این سه رده تهیه شود. واحد اندازه گیری وزن مولکولی کیتوسان دالتون (Dalton) است. در بازار محدودۀ وزن مولکولی این ماده در حدود 310000-375000 دالتون است.

قبل از خرید کیتوسان ، حتما برای دریافت مشخصات و آنالیز این ماده اقدام کنید و بدون شناخت خرید نکنید. تولید این ماده مشکل واحدهاى مصرف کننده را در شرایط سخت تحریم مرتفع می سازد. بنابراین تولید کیتوسان نیز می تواند پیشنهاد خوبی برای راه اندازی یک کسب و کار مطمئن باشد.