English

• 壳聚糖(CTS)又称脱乙酰甲壳素，是一种天然的聚阳离子多聚糖，具有无毒、可生物降解和再生及低免疫原性等特性，可用于药物负载^[1~3]。然而CTS分子内和分子间强烈的氢键作用使其具有规整的分子链和较好的结晶性能，并导致它只能溶于酸性水溶液及极少数复合有机溶剂中而不能溶于中性或碱性水溶液，因而极大地制约了其在生物医药领域的应用范围^[4]，也使得改进CTS的水溶性成为CTS基生物材料开发中的热点问题。

  CTS结构中大量存在的-OH和-NH₂基团，具有良好反应活性，对其进行改性可赋予CTS诸多性能。如通过-NH₂的三甲基化后可得到N, N, N-三甲基壳聚糖氯化铵(TMC)，而TMC结构中强亲水性季铵盐结构的存在使其比CTS有更好的水溶性。通过在CTS结构中引入羧甲基，不但能破坏其链间结合力，还可赋予其吸湿保湿性及螯合金属离子的性能。通过向CTS糖链上引入聚乙二醇(PEG)结构，不但能破坏其原有的氢键结构，而且使其表现出更好的成膜和亲水亲油等性能。其中，CTS的聚乙二醇化改性能在充分保持CTS生物相容性的同时通过PEG聚合度的选择及接枝度的控制实现其在更广泛pH范围的水溶液中溶解^[5~7]。

  PEG是一种以聚氧乙烯链(PEO)为骨架的线性非离子型聚合物，具有亲水亲油、无毒、高生物相容和无免疫原性等性能，已获得美国食品药品监督管理局(FDA)在药物制剂等领域的应用许可^{[2, 8]}。PEG具有的柔性及其与水、羟基和氨基等形成氢键的能力，使其可用于极性聚合物的改性以改善它们的成膜性和吸湿透气性。通过PEG端位羟基活化得到的含反应性基团的活性PEG因能与羟基或氨基进行化学键合反应而可用于向CTS糖链中引入PEG结构^{[6, 9]}。本文主要围绕近20年PEG改性CTS的制备及其在不同领域中的典型应用研究进行总结与介绍。

  1.   PEG改性CTS的制备

  CTS的PEG改性主要有物理复合法和化学改性法。其中物理复合法主要是利用PEG与CTS或其衍生物间的氢键作用以实现CTS与PEG的有效结合，而化学改性法主要是通过含活性基团的PEG衍生物与CTS或其衍生物间的化学键合作用向糖链上引进PEG结构以得到CTS-PEG。

  1.1   物理复合法制备PEG改性壳聚糖

  物理复合法制备PEG改性CTS多是通过溶解于酸性水溶液中的CTS与含PEG的其他溶液均匀混合实现，得到的产物主要有CTS-PEG复合膜、凝胶及微球等。

  Waheed等^[10]将聚乙二醇600(PEG600)首先与纤维素醋酸酯(CA)的丙酮溶液混和得到PEG掺杂CA溶液，然后再向掺杂后的CA溶液中加入CTS的甲酸溶液并充分混和，最后通过对用玻璃平板铺展法得到的不同等级膜前体料，进行低温诱导相分离和干燥，得到可用于盐水脱盐且厚度可在0.050~0.20 mm间调节的渗透膜。Kolhe等^[11]用1%的醋酸溶液使脱乙酰度(DD)为93%和相对分子量为600kDa的CTS及PEG1000溶解得到澄清溶液，然后用氨气处理载有该溶液的培养皿得到均一的凝胶，该凝胶经乙醇和水洗去除残留醋酸后再干燥可得到厚度在20~40 μm的膜。力学性能研究表明，与用聚乙二醇醛接枝改性得到的CTS共聚物膜相比，通过简单混和法得到的PEG改性膜具有更好的柔韧性，且膜的弹性模量与CTS含量呈正相关性，而膜的断裂伸长率与CTS含量呈负相关。Mishra等^[12]将PEG2000水溶液与CTS乙酸溶液室温下充分混合后，再加入AgNO₃并在90℃下回流获得了金黄色的水凝胶，该凝胶于室温下干燥即得到嵌有Ag纳米簇(AgNCs)的PEG改性壳聚糖(CTS-PEG)膜。研究表明，AgNCs的存在不但能改善膜的机械稳定性和降低其在溶菌酶及H₂O₂存在时的降解敏感性，还能抑制大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)等微生物表面生物膜的形成和强化抗炎药物的持续释放。

  Gunbas等^[13]将PEG溶于CTS的稀醋酸溶液中，再向其中加入溶于PBS中的氨甲蝶呤(MTX)，然后在Tween-80存在下将形成的混合液分散于玉米油中并形成W/O乳液，最后在室温下用戊二醛(GA)交联并经洗涤分离处理得到具有半互穿网络结构且载有MTX的微球。研究表明，PEG的加入会导致微球粒径的提高，而GA量的增加有利于更小粒径微球的形成。

  1.2   壳聚糖PEG化改性

  CTS的聚乙二醇化改性主要是含单活性基团的PEG衍生物对CTS及其衍生物的接枝改性，含双活性基团的PEG衍生物对CTS及其衍生物的交联改性，及PEG与含活性基团的CTS衍生物间的接枝作用等。其中，接枝改性产物根据引入PEG基团的位置又有N-取代、O-取代和N, O-取代产物之分，涉及的含单活性基团的PEG衍生物主要有甲氧基聚乙二醇醛(mPEG-CHO)、甲氧基聚乙二醇酸(mPEG-CO₂H)、聚乙二醇琥珀酸单酯、端位碘代聚乙二醇单甲醚、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯等。交联改性多是用于制备CTS基微球或凝胶等生物材料，涉及的含双活性基团的PEG衍生物主要有聚乙二醇双缩水甘油基醚和聚乙二醇双丙烯酸酯等^[5]。

  1.2.1   N-PEG化壳聚糖制备

  CTS结构中的氨基和羟基均具有化学活性，但糖单元C-2位上的氨基比C-6和C-3位上的羟基有更高的反应性，这导致CTS结构中的氨基在其大多数的化学修饰中显示出更好的特异性。

  Harris等^[14]在1984年首次报道了用mPEG-CHO直接与CTS缩合生成亚胺后，再通过NaBH₃CN还原缩合产物使其结构中的C=N转化为CH-NH结构，从而将PEG引入CTS结构中并得到了接枝度为5%~6%的mPEG-CHO接枝CTS(PEG-g-CTS)(图式 1)。王军等^[15]将O-2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖分散于50%甲醇/水溶液中后，再与mPEG-CHO于室温下反应4.0h，然后经分离处理得到PEG接枝度为17.27%的N-mPEG-O-季铵化壳聚糖。Xie等^[16]通过溶于去离子水中的O-羧甲基壳聚糖(O-CMCS)与mPEG-CHO于室温下反应1.0h，然后依次经NaCNBH₃还原、透析、冷冻干燥、丙酮洗涤和真空干燥，得到接枝度为9.5%的PEG改性O-羧甲基壳聚糖(PEG-g-O-CMCS)。

  图式 1

  

  图式 1.  mPEG-CHO法制备N-PEG化壳聚糖的典型过程^[14]

  Scheme 1.  The preparation of N-PEGylated chitosan by mPEG-CHO^[14]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片

  Belabassi等^[6]通过甲氧基聚乙二醇2000(mPEG2000)与丁二酸酐在吡啶催化下反应生成mPEG2000丁二酸单酯(mPEG2000-SA)后，再在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)存在下与溶于稀乙酸中的CTS在pH为5.0的条件下反应，从而间接地将PEG引入到CTS糖链上并得到PEG化壳聚糖(CTS-mPEG₂₀₀₀)。FT-IR与¹H NMR分析表明接枝反应发生在CTS糖单元的氨基上；进一步研究还表明，随mPEG2000丁二酸单酯与CTS单元中氨基摩尔比从0.10增加至1.0，CS-mPEG₂₀₀₀中PEG的取代度可从0.3%提升至20%(图式 2)。

  图式 2

  

  图式 2.  mPEG2000-SA法制备N-PEG化壳聚糖的典型过程^[6]

  Scheme 2.  The preparation of N-PEGylated chitosan by mPEG2000-SA^[6]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片

  Shutava等^[17]通过KMnO₄氧化mPEG并形成甲氧基聚乙二醇酸(mPEG-COOH)后，再在EDC和N-羟基琥珀酰亚胺(Sulfo-NHS)存在下与溶于醋酸溶液中的等摩尔氨基糖单元的CTS室温下反应3.0h，得到了N-取代度为5%的PEG化壳聚糖。

  Ma等^[18]在N₂保护下使溶于稀醋酸中的CTS与PEG二丙烯酸酯(PEGDA)反应24h，得到了在光引发剂2959存在下可光致聚合的PEGDA接枝CTS(PEGDA-CTS)(图式 3)。FT-IR和¹H NMR分析都表明，PEGDA与CTS间的接枝反应发生于糖单元的氨基上。Zhang等^[19]的研究表明，CTS含量超过20%的PEGDA-CTS光致交联后可形成非常有利于细胞粘附的多孔性膜，且这种膜对L929细胞无细胞毒性，因而有很好的生物相容性。El-Sherbiny等^[20]以2, 2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)为光引发剂，在N₂保护下使溶于水中的羧甲基壳聚糖(CMCS)与PEG丙烯酸酯(PEGA)在光照下充分反应后，即可得到N-取代PEG化羧甲基壳聚糖(CMCS-g-PEG)。重量法分析表明，DMPA和PEGA及反应时间都会影响共聚物的接枝率，且在m(CMCS)=0.2g、c(PEGA)=249.0mmol、c(DMPA)=10.4mmol及反应时间为2.0h时，接枝率可达到300%左右。2D-XRD分析表明，PEGA的引入会导致共聚物结晶度的降低。

  图式 3

  

  图式 3.  聚乙二醇丙烯酸酯法制备N-PEG化壳聚糖的典型过程^[18]

  Scheme 3.  The preparation of N-PEGylated chitosan by PEGDA^[18]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片

  Yang等^[8]用1mol/L的NaOH溶液处理CTS稀醋酸溶液并得到CTS凝胶后，再在室温下使溶于pH=5.5的醋酸缓冲溶液中的凝胶与溶于DMSO中的甲氧基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯(mPEG-NHS)反应24h，得到了取代度为0.65%~3.88%的壳聚糖N-取代接枝产物CTS-PEG。Bozuyuk等^[21]通过溶于醋酸溶液中的低分子量CTS与甲氧基聚乙二醇丁二酰亚胺戊酸盐(mPEG-SVA)在pH为6.0条件下反应2d后，再经透析和冷冻干燥得到CTS-PEG，并利用2, 4, 6-三硝基苯磺酸(TBNS)与氨基的选择性反应特点，用UV分光光度法测定了产物的接枝度。结果表明，mPEG-SVA用量的增加及PEG分子量的降低有利于CTS-PEG的PEG化取代度的提高，当25mg CTS用20μmol的分子量为2kDa的PEG对应的mPEG-SVA接枝时，其取代度可达37.4%。FT-IR分析证明mPEG-SVA与CTS的氨基间的反应具有选择性。

  Hu等^[22]首先通过CTS和邻苯二甲酸酐反应生成的N-邻苯二甲酰壳聚糖与三苯基氯甲烷反应得到N-邻苯二甲酰基-6-O-(三苯基)甲基壳聚糖，然后肼解脱除邻苯二甲酰基得到6-O-(三苯基)甲基壳聚糖，肼解后的产物经与端位碘代聚乙二醇单甲醚(MPEGI)缩合得到N-PEG化6-O-(三苯基)甲基壳聚糖，最后用二氯乙酸或三乙胺-乙酸处理N-PEG化6-O-(三苯基)甲基壳聚糖，得到了N-PEG化接枝CTS(图式 4)。进一步研究表明，随着MPEGI与糖单元摩尔比从0.6提高至1.6，接枝产物的取代度也从15%增加至42%，且产物具有很好的水溶性，取代度在37%以上的N-PEG化壳聚糖在DMF和DMSO中也有良好的溶解性。

  图式 4

  

  图式 4.  MPEGI法制备N-PEG化壳聚糖的典型过程^[22]

  Scheme 4.  The preparation of N-PEGylated chitosan by MPEGI^[22]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片

  1.2.2   O-PEG化壳聚糖及N, O-PEG化壳聚糖制备

  尽管通过氨基取代是实现CTS聚乙二醇化改性的常见方法，但CTS糖单元上羟基具有的反应活性使其也可与具有羧基、环氧结构等活性基团的PEG衍生物作用而得到O-取代或N, O-取代的CTS聚乙二醇化衍生物。

  Gorochovceva等^[23]报道了MPEGI在Ag₂O存在下与N-邻苯二甲酰化壳聚糖反应后，再用肼的水溶液处理反应产物得到了O-PEG化壳聚糖(图式 5)。通过改变MPEGI与CTS的比例，可以得到不同取代度(5%~197%)的O-PEG化壳聚糖。

  图式 5

  

  图式 5.  MPEGI法制备O-PEG化壳聚糖典型过程^[23]

  Scheme 5.  The preparation of O-PEGylated chitosan by MPEGI^[23]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片

  王先津等^[24]以1, 6-亚己基二异氰酸酯(HDI)活化mPEG得到mPEG异氰酸酯(mPEG-NCO)，通过十二烷基硫酸钠(SDS)与氨基质子化壳聚糖形成壳聚糖-十二烷基硫酸钠复合物(CTS-SDS)实现CTS的氨基保护后，再在氮气氛围中使CTS-SDS分散在DMSO中并与溶于氯仿中的mPEG-NCO在室温下反应4.0h，反应后的物料经三羟甲基氨基甲烷(Tris)/甲醇沉淀、脱保护、无水乙醚沉淀和真空干燥，即可得到接枝率为28.55%且具有水溶性的CTS-g-mPEG。FT-IR分析结果表明所得产物为O-PEG化壳聚糖；XRD测定结果显示CTS-g-mPEG的结晶度明显低于CTS；TG-DTG分析表明CTS-g-mPEG的热稳定性比CTS有显著提高。

  Yoksan等^[25]以过量的邻苯二甲酸酐使壳聚糖氨基酰化后，再在EDC和1-羟基苯并三唑(HOBt)存在下使分散于DMF中的N-邻苯二甲酰壳聚糖与mPEG丁二酸单酯反应，最后经透析除去杂质后得到具有亲水亲油特征的N, O-PEG化N-邻苯二甲酰壳聚糖(图式 6)。元素分析结果表明，当邻苯二甲酸酐与糖单元的摩尔比为5.0、mPEG丁二酸单酯与糖单元的摩尔比为0.10时，产物的PEG化接枝度为7.83%。Fangkangwangwong等^[26]将mPEG在吡啶催化下与丁二酸酐反应生成丁二酸单酯，再与溶于HOBt水溶液中的CTS在EDC盐酸盐存在下缩合，从而间接地将PEG引入CTS结构中得到N, O-PEG化壳聚糖。

  图式 6

  

  图式 6.  甲氧基聚乙二醇丁二酸单酯法制备N, O-PEG化壳聚糖的典型过程^[25]

  Scheme 6.  The preparation of N, O-PEGylated chitosan by mPEG-SA^[25]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片

  Poon等^[27]将mPEG与氯乙酰氯反应得到mPEG氯乙酸酯，再与质子化壳聚糖反应得到了PEG接枝CTS(图式 7)。茚三酮检测表明糖单元中有部分氨基被PEG所取代；FT-IR分析则表明在C-2位的氨基和C-6位的羟基上都发生了PEG化；元素分析测定结果显示，聚合度为350和2000的CTS对应的接枝产物的取代度分别为16.0±0.1(mol)%和29.0±0.1(mol)%。

  图式 7

  

  图式 7.  甲氧基聚乙二醇氯乙酸酯法制备N, O-PEG化壳聚糖的典型过程^[27]

  Scheme 7.  The preparation of N, O-PEGylated chitosan by mPEGyl chloroacetate^[27]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片

  1.2.3   聚乙二醇化交联壳聚糖

  CTS是由氨基葡萄糖和少量乙酰氨基葡萄糖单元构成的线性高分子，经交联后可转化为具有体型结构的材料，如凝胶、树脂、膜等，这些材料大多因能保持CTS原有的生物安全性而在生物医药和组织工程等领域有重要应用。CTS及其衍生物可以通过多种方法实现交联，其中又以离子交联、双活性基团化合物交联等化学法为主。

  Kiuchi等^[28]通过不同分子量PEG和环氧氯丙烷形成的双缩水甘油基PEG醚(PEGDE)与溶于0.4%乙酸溶液中的CTS在80℃下反应24h后，再将得到的凝胶溶液转移到培养皿中并于80℃环境中老化24h，最后室温下干燥凝胶得到均一透明的PEGDE交联壳聚糖凝胶膜(图式 8)。¹H NMR分析表明交联反应发生于CTS的氨基上；DSC测量结果显示产物的溶解焓明显低于CTS与PEG的混合物；TG分析说明交联能提升凝胶的热稳定性；机械性能测试表明PEGDE量的增加有利改善膜的拉伸性，不利于抗张性能的提高。Tanuma等^[29]用类似方法制备了PEGDE交联壳聚糖凝胶膜，并考察了介质pH、PEG分子量及接枝度等对其溶胀和降解行为的影响。溶胀研究表明，降低介质pH、提升接枝率或使用高分子量的PEG都会有利于提高膜溶胀率。降解行为研究表明，PEG的引入有利于膜在溶菌酶存在下降解，且膜中PEG的含量在17(wt)%~44(wt)%之间时，其量的增加会导致降解速率明显提升。

  图式 8

  

  图式 8.  PEGDE交联壳聚糖的制备^[28]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片

  Kulkarni等^[30]通过甲醛与溶于甲酸中的CTS反应生成席夫碱后，再通过PEG对C=N的加成作用，最后用NaOH中和反应物料并进行透析除杂和冷冻干燥，得到了PEG交联CTS(图式 9)。溶胀行为研究表明，PEG交联CTS在pH=1.1和pH=7.4的水溶液中均具有良好的溶胀性，且其溶胀率随PEG分子量的提高及pH的降低而增加。Yang等^[31]采用类似的方法合成了取代度为19%~42%的mPEG-g-CTS，并研究了其自组装行为。结果表明，利用PEG对CTS进行改性，不仅克服了CTS结晶性和溶解性差的问题，而且改善了CTS主链的柔性，有利于胶束的形成。

  图式 9

  

  图式 9.  PEG交联壳聚糖的制备^[30]

  Scheme 9.  Preparation of PEG crosslinked chitosan^[30]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片

  Pozzo等^[32]通过PEG在叔丁醇钾存在下与溴乙醛二乙基缩醛反应生成的PEG二乙醛二乙基缩醛，然后利用其酸性条件下原位水解生成的PEG二乙醛与CTS在pH为5~6的介质中缩合形成席夫碱，最后用NaBH₃CN还原，得到初始有水溶性但经冷冻干燥后可转化为不溶性的可溶胀海绵状对Caco-2细胞有相容性的PEG交联壳聚糖。酶催化水解研究表明，该CTS衍生物在模拟生理pH下可被木瓜蛋白酶或脂肪酶催化降解，但不能被溶菌酶、胶原酶或淀粉酶催化降解。

  Dodi等^[33]通过碱性条件下用硝酸盐使CTS-Fe(Ⅱ)复合物原位氧化后，再用GA进行交联得到平均粒径为40μm和磁饱和度为24emu/g的固体颗粒，再通过甲基丙烯酸缩水甘油酯与颗粒表面羟基和氨基间的烃化反应向其结构中引入乙烯基，然后在偶氮引发剂存在下与乙二醇二甲基丙烯酸酯及PEG双甲基丙烯酸酯进行自由基共聚，最后用乙二胺使颗粒表面的环氧结构胺化，得到具有核壳结构且表面带有大量氨基的共聚物微粒。

  2.   PEG改性CTS在不同领域的应用

  PEG改性CTS不仅保留了CTS的优良性质，而且还赋予其更好的亲水性和双亲性，因而能进一步拓宽CTS的应用范围。

  2.1   PEG改性CTS在药物负载与控制释放中的应用

  CTS经PEG化改性后生成的衍生物不但亲水性得到改善，而且还具有一定的亲油性，因而不但可以在更广泛pH范围内作为载体用于药物的负载以实现药物控制释放、拓宽药物的“治疗窗”和提升药物利用效率，还能降低药物的副作用和改善药物的稳定性。

  Hsiao等^[34]以己酸酐对mPEG醛与CTS的化学键合产物进行进一步改性得到具有双亲性能的壳聚糖衍生物(CP6C)后，再利用CP6C与油酸稳定的氧化铁纳米颗粒(OA-IONP)间亲和性从含紫杉醇(PTX)和OA-IONP的氯仿中转移入水相，再超声处理后蒸除氯仿和膜分离去除聚集物得到含PTX的纳米微球(PTX-NP)，最后将氯霉素(CTX)键联到PTX-NP上得到CTX-PTX-NP。药物包覆量测定表明，当CP6C与IONP质量比为2:1时，PTX的包覆率为31.1%。药物释放研究显示，单纯PBS介质中PTX-NP在24h内PTX的释放率约为16%，而在含1.0% DMSO的PBS介质中释放率则可达91%。生物效应评价表明，CTX的引入能提升癌细胞对CTX-PTX-NP的吸收并强化其靶向作用性能。

  王军等^[15]使N-mPEG-O-季铵化壳聚糖(QACS-mPEG)溶液分散于液体石蜡中并用二乙烯基砜交联得到其交联微球，然后将微球与酮洛酚的乙醇溶液在30℃下超声振荡以实现其对酮洛酚的负载。载药性能研究表明，QACS-mPEG交联微球的载药能力分别为单纯壳聚交联微球的1.68倍和季铵化壳聚糖交联微球的1.36倍。N-mPEG-O-季铵化壳聚糖交联载药微球在模拟胃液和肠液中35h后的累计释放率分别为81.4%和70.1%。

  吴珊珊等^[35]将胰岛素溶于mPEG醛改性羧甲基壳聚糖(PEG-CMCS)水溶液中，再以氯化钙为交联剂进行离子交联得到平均粒径为257.5±12.1nm的球形或近球形载胰岛素PEG-CMCS纳米颗粒。载药量分析表明，纳米颗粒对胰岛素的平均包覆率为43.3%左右，平均载药量为17.4%左右。药物释放研究显示，载药微球于pH为1.2介质中10h累计释放率约为20%，在pH为7.4的介质中累计释放率为80%，而未进行负载的胰岛素原药1.0h的累计释放率即高达90%，说明负载后的胰岛素的释放能得到很好控制。

  徐霁等^[36]通过向溶有伏立康唑的CTS醋酸溶液中加入三聚磷酸钠和PEG并在室温下反应30min，得到药物包覆率为61.35%、载药量为11.6%和平均粒径为243nm的CTS-PEG纳米颗粒。药物释放研究表明，纳米颗粒中伏立康唑6.0h的累计释放率为48.3±2.6%，36.0h的累计释放率为91.2±2.6%。动物试验表明，CTS-PEG纳米颗粒能显著提升伏立康唑眼表滞留时间，并有助于药物穿透角膜上皮而向角膜基质的渗透。

  Chen等^[3]制备了粒径为213.4±2.0 nm、载药量为44.19±0.64%和包封率为87.65±0.79%的MTX-mPEG-CTS纳米颗粒。小鼠试验显示，从纳米颗粒中释放的MTX能靶向作用于肿瘤细胞并有更长的药物滞留时间，而且比单纯的MTX能更好地抑制Hela细胞的生长和增殖。

  谭福能等^[37]以GA为交联剂，在50℃下由(2-羟基-3-丁氧基)丙基羟丙基壳聚糖(2-H-3-B-P-HPCS)和PEG得到了具有互穿网络结构的凝胶，并研究了PEG用量、2-H-3-B-P-HPCS和戊二醛用量对凝胶负载和控制释药阿昔洛韦的性能。结果表明，PEG、2-H-3-B-P-HPCS和戊二醛用量的降低都会有利于凝胶溶胀率的提高。体外释药实验结果表明，在中性环境中7h的药物累计释放率达到80%，而在酸性环境中9h的药物释放率达到60%。这些都很好地证明了该凝胶对阿昔洛韦药物具有一定的缓释作用。

  Ganguly等^[38]通过乳液交联和醋酸纤维素邻苯二甲酸酯(CAP)包衣方法得到载有5-氟尿嘧啶(5-FU)的PEG交联纳米颗粒，并研究了其对5-FU的包覆率及在模拟胃肠道中药物的释放行为。结果表明，载5-FU的CAP包覆PEG交联纳米颗粒在酸性环境中药物释放率为8%~17%，而在碱性环境中释放率为88%~97%，说明其在肠道中药物释放能力更强，因而更适宜于以肠道菌落为靶标的药物递送。

  2.2   PEG改性CTS在组织工程中的应用

  CTS具有良好的生物相容性、可降解和无毒等性质，是理想的细胞外基质材料。CTS及其衍生物已广泛应用于组织工程领域。

  荆晓光等^[39]通过4-甲酰苯甲酸和PEG缩合形成的双醛功能化PEG与乙二醇壳聚糖交联作用，得到具有可注射性和自愈性的水凝胶。MTT检测显示其有很好的生物细胞相容性，且用于形成凝胶的双醛功能化PEG量的降低更有利于细胞的增殖。以2%双醛功能化PEG与乙二醇壳聚糖形成的凝胶在28d内的降解率可达50.67%。模量分析表明，随着双醛功能化PEG量由2%增加到8%，水凝胶的弹性模量由13.48kPa增加到33.19kPa。该水凝胶有望作为软骨组织微创手术的修复材料。

  Liu等^[40]通过将Ti(OC₃H₇)₄(TIP)加入到含2.0%乙酸的CTS-PEG溶液中后，再在乙酰丙酮存在下控制水解形成含TiO₂纳米颗粒的多孔PEG/CTS可注射水凝胶。TiO₂纳米颗粒的存在对增强PEG/CTS聚合网络的弹性、机械强度和生理稳定性有重要作用，并使凝胶比单纯的CTS或PEG凝胶有更好细胞粘附性能。针对新生鼠心肌细胞的实验表明，TiO₂纳米颗粒还能促进心肌细胞在凝胶中的增殖并使其呈现很好的生物活性，因而可作为潜在的心脏组织修复材料。

  Ma等^[41]通过丙烯酸羟乙基酯(HEA)与甲基丙烯酰氯反应生成乙二醇丙烯酸甲基丙烯酸酯(EGAMA)后，再与溶于醋酸中的CTS反应得到甲基丙烯酰氧基乙基羧乙基壳聚糖(EGAMA-CTS)，而含光引发剂2959的EGAMA-CTS与PEG二丙烯酸酯和N, N-二甲基丙烯酰胺的混合物溶液在UV激发下可交联共聚得到水凝胶。MTT测试和细胞粘附分析结果表明，纯化后的凝胶不但对人骨肉瘤细胞SW1353无毒，而且能很好地结合分散SW1353并促进其增殖，因而可以作为生物材料用于骨组织修复。

  2.3   PEG改性CTS在抗菌材料中的应用

  CTS结构中氨基的可质子化性使其具有抗菌性能，其结构中羟基和氨基的反应活性更使它可通过衍生转化形成具有更广泛应用的抗菌抑菌剂，包括CTS-PEG在内的多种CTS基抗菌抑菌材料已经得到开发^[42]。

  罗泉清等^[43]研究了氯甲酸对硝基苯酯活化mPEG与CTS的接枝产物对E.coli和S.aureus的抗菌性能。最小抑菌浓度(MIC)测定结果表明，产物对E.coli和S.aureus的MIC为1.56mg/mL(远小于CTS的31.25mg/mL)，其可以作为水性涂层用于皮革表面的抗菌整理。

  Doulabi等^[44]以环氧丙烷为催化剂和质子捕集剂，通过富马酰氯与PEG反应生成的大分子单体PEG富马酸酯(PEGF)与CTS按一定比例混合干燥后得到厚度为30~70 μm的薄膜，并研究了其对S. aureus和铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)的抗菌性能。结果表明，含有该膜的培养基中细菌量较之于不含膜的细菌量减少1/3，说明该薄膜具有很好的抗菌活性。

  Mishra等^[12]用ICP-AES研究了嵌有AgNCs的PEG改性CTS膜中AgNCs的释放情况及其对E. coli和S. aureus等的抑制活性。该膜具有的AgNCs持续释放能力，这使其对两种微生物都显示出良好抑制性能，且抑菌性能随膜中AgNCs含量的提高而增强。由0.085mg AgNO₃构成的嵌有AgNCs的PEG改性壳聚糖膜对被测试的两种微生物的抗菌活性基本与含7~8mg的庆大霉素相当。

  2.4   PEG改性CTS在生物活性物传递中的应用

  基因治疗的目的在于通过将核酸插入病变细胞以实现其修复或替代，最终从基因层面实现基因原因导致的疾病的治疗。基因治疗已经在基因异变引起的癌症、病毒感染、心血管疾病等治疗方面取得成功，而相较于不能通过传统方法治疗的基因疾病，这种方法可显示出非常巨大的潜力。但是，不能有效实现基因对病变细胞的靶向投递、基因递送过程中的降解和循环中的快速清除及核酸类药物的低稳定性和毒性等限制了基因治疗的广泛应用。CTS作为一种生物相容性极好的天然阳离子聚合物，能与负电性的DNA有效结合并防止其受核酸酶作用而导致的降解，因而在基因治疗中可作为非病毒型基因载体。但是，CTS在基因递送时因存在与细胞质分离慢的不足影响了其使用效果，而PEG化聚阳离子化合物具有的强化生物分子稳定性，可降低与生物分子间的非特定作用，使其在负载核酸及核酸类药物并用于基因疾病治疗方面有明显优势^[45]。

  Yang等^[8]通过将PEG-NHS改性CTS生成的PEG化CTS溶于pH为5.5的醋酸缓冲溶液后，再与不含核糖核酸酶的siRNA水溶液混和，形成含siRNA的PEG化CTS纳米颗粒(CTS-PEG/siRNA)，并系统研究了PEG化对纳米颗粒生物特性的影响。PEG化纳米颗粒有显著的胞饮作用，且CTS-PEG/siRNA能诱导核糖核酸还原酶M2胞内循环重组而达到抑制Hela细胞增殖的作用。PEG5000改性生成的CTS-PEG/siRNA对Hela细胞的敲击效率为95%，基本与商业转染剂TransIT-TKO相当。FRET和凝胶电泳测定表明，胞饮后的与肝素一起培养的CTS-PEG/siRNA较之于未PEG改性纳米颗粒有更好的siRNA释放率。

  Xie等^[16]研究表明，具有pH响应的PEG改性CMC纳米颗粒可通过细胞胞饮作用进入HepG2肿瘤细胞内，并能有效地实现siRNA内染色体逃逸。基因沉默评价显示，相较于传统的脂质体2000转染，由这种阴离子型纳米颗粒传递的荧光素酶siRNA能有效实现基因沉默。体外实验表明，以此纳米颗粒转染介导的hTERT能显著地导致HepG2肿瘤细胞凋亡。对带BALB/c肿瘤细胞的小鼠进行的静脉注射实验研究表明，PEG改性CMC纳米颗粒转染的hTERTsiRNA能通过高通透性和滞留(EPR)效应累积于肿瘤区域，并显著抑制肿瘤细胞生长。

  蔡文平等^[46]通过复凝聚法得到CTS-DNA复合物纳米颗粒悬浮液后，再与PEG一同振荡形成PEG修饰CTS-DNA纳米复合物颗粒，并研究了其稳定性及其在小鼠消化道内的表达效果。结果表明，PEG修饰的CTS纳米颗粒能有效实现DNA的保护并防止胃酸和脱氧核糖核酸对其的降解。含10μgDNA的CTS-DNA复合物纳米颗粒在在小鼠消化道内的表达水平基本与未进行包覆的100μgDNA的水平相当。

  Zhou等^[47]通过ω-2-吡啶二硫代聚乙二醇-α-琥珀酰亚胺酯(OPSS-PEG-SCM)改性TMC制得TMC-g-PEG-OPSS，再与缬氨酸-半胱氨酸(REDV-Cys)在去离子水中反应合成了阳离子聚合物TPR，然后通过静电相互作用使TPR与miRNA形成粒径为(98.6±2.1)~(157.8±9.0) nm的球状复合物(TPR-miRNA)，并评估了TPR作为miRNA运输载体的性能。结果表明，TPR-miRNA可以提高miRNA在血清中的稳定性，且其对人脐静脉内皮细胞(HUVECs)毒性较低(IC₅₀=411μg/mL)；与此同时，血管内皮细胞(VECs)可以选择性地摄取TPR-miRNA使其进入细胞内部，且miRNA-126可以促进VECs的增殖。这些都很好地证明了TPR-miRNA多聚体可以作为血管组织工程中快速内皮化的潜在RNA/DNA载体。

  Park等^[48]通过将PEG接枝到半乳糖基化壳聚糖(GC)上得到在水中具有稳定性且对肝脏有特异性的PEG改性GC(GCP)，并利用GCP在含NaCl的PBS溶液中能自组装的特点实现GCP对DNA的负载。圆二色谱(CD)测定表明，GCP并没有影响DNA的二次结构。GCP负载DNA的耐DNA酶的性能有显著提高，含亚糖蛋白受体(ASGR)的细胞对GCP有更好的胞饮作用，这种作用可以实现负载于GCP中的DNA对含ASGR的Hep G2的有效转染，使GCP有望成为一种安全的肝细胞靶向基因载体。

  2.5   PEG改性CTS在环境保护中的应用

  CTS结构中的氨基、羟基可与Hg⁺、Ni²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺等重金属离子形成螯合物，可应用于冶金工业废水中金属离子的去除。但CTS与金属离子形成的螯合物稳定性相对较弱，且CTS的低吸附容量限制了其在废水处理领域的应用。增加CTS结构中吸附位点和引进具有更好螯合性能的基团是改善其吸附重金属离子性能的重要方法之一。通过对CTS进行PEG化改性，可以增加其吸附位点，因而有利于提高其金属吸附性能^[49]。

  Dodi等^[33]研究了pH和金属离子初始浓度对具有核壳结构且表面带有大量氨基的共聚物微粒(EDA7)和未改性的Fe₃O₄/CTS(核心颗粒)吸附Cu(Ⅱ)能力的影响。结果表明，随着pH的增加，它们的吸附能力逐渐增强，且在pH=5时，EDA7能实现对Cu(Ⅱ)的有效吸附，最大吸附量为563mg/g；而Fe₃O₄/CTS的最大吸附量为430mg/g左右。随着金属离子初始浓度的增加，它们的吸附能力呈现先增强后减弱的趋势，且在c=3.52mg/mL时，EDA7可达到最大吸附量，约为600mg/g，而Fe₃O₄/CTS的最大吸附量为350mg/g。

  Rahmi等^[50]以PEGDE为交联剂和活性炭为填充剂制备得到PEG改性壳聚糖-活性炭复合膜，并研究了其对Cd²⁺的吸附行为。结果表明，由质量比为0.70:0.10:0.20的CTS、PEGDE和活性炭构成的复合膜具有较好的拉伸强度，复合膜对Cd²⁺的吸附遵循Langmuir吸附，在pH为5.0的介质中与含Cd²⁺溶液接触40min即能实现对Cd²⁺的有效吸附去除，其最大吸附容量为357.14mg/g。

  3.   结语

  PEG具有的两亲性和无免疫原性，CTS具有天然可再生性和无毒及生物相容性，使得基于PEG和CTS为原料得到的CTS-PEG不但可以作为优良的载体材料用于药物和生物活性物的包覆或负载，而且还可以提高药物作用的靶向性和生物利用效率。PEG链具有的柔性及CTS结构中大量存在的羟基和氨基带来的可交联性，使CTS-PEG可作为高安全性的生物材料在组织工程领域获得广泛应用。同时，CTS-PEG在生物环境中呈现的聚阳离子特征可使其能通过有效结合于细菌细胞的表面而抑制其增殖，从而表现出较好的抗菌抑菌性能。随着靶向治疗、基因治疗、生物相容性组织工程材料和药物控制释放等研究的不断深入，更多CTS-PEG因其具有良好综合性能而将会得到开发与应用，但如何以更加高效和方便的工艺制备这些具有良好综合性能的CTS-PEG以及如何更好地提升CTS-PEG在生物材料中的应用价值仍是未来研究的重点。

  
  
• 1. [1]

     Jin R, Moreira-Teixeira L P, Karperien M, et al. Biomaterials, 2009, 30(13): 2544~2551. doi: 10.1016/j.biomaterials.2009.01.020

  2. [2]

     Malhotra M, Tomaro-Duchesneau C, Prakash S. Biomaterials, 2013, 34(4): 1270~1280. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.10.013

  3. [3]

     Chen J, Huang L, Lai H, et al. Mol. Pharm., 2014, 11(7): 2213~2223 doi: 10.1021/mp400269z

  4. [4]

     Poon Y F, Cao Y, Liu Y, et al. ACS Appl. Mater. Interf., 2010, 2(7): 2012~2025. doi: 10.1021/am1002876

  5. [5]

     Casettari L, Vllasaliu D, Castagnino E, et al. Prog. Polym. Sci., 2012, 37(5): 659~685. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2011.10.001

  6. [6]

     Belabassi Y, Moreau J, Gheran V, et al. Biomacromolecules, 2017, 18(9): 2756~2766. doi: 10.1021/acs.biomac.7b00668

  7. [7]

     Mao S, Shuai X, Unger F, et al. Biomaterials, 2005, 26(32): 6343~6356. doi: 10.1016/j.biomaterials.2005.03.036

  8. [8]

     Yang C, Gao S, Dagnæs-Hansen F, et al. ACS Appl. Mater. Interf., 2017, 9(14): 12203~12216. doi: 10.1021/acsami.6b16556

  9. [9]

     Li W, Zhan P, Clercq E D, et al. Prog. Polym. Sci., 2013, 38(3-4): 421~444. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2012.07.006

  10. [10]

      Waheed S, Ahmad A, Khan S M, et al. Desalination, 2014, 351: 59~69. doi: 10.1016/j.desal.2014.07.019

  11. [11]

      Kolhe P, Kannan R M. Biomacromolecules, 2003, 4(1): 173~180. doi: 10.1021/bm025689+

  12. [12]

      Mishra S K, Raveendran S, Ferreira J M F, et al. Langmuir, 2016, 32(40): 10305~10316. doi: 10.1021/acs.langmuir.6b02844

  13. [13]

      Gunbas I D, Sezer D U, Gülce-Iz S, et al. Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51(37): 11946~11954. doi: 10.1021/ie3015523

  14. [14]

      Harris J M, Struck E C, Case M G, et al. J. Polym. Sci., 1984, 22(2): 341~352.

  15. [15]

      王军, 李明春, 辛梅华, 等.化工进展, 2013, 32(1): 140~144.

  16. [16]

      Xie Y, Qiao H, Su Z, et al. Biomaterials, 2014, 35(27): 7978~7991. doi: 10.1016/j.biomaterials.2014.05.068

  17. [17]

      Shutava T G, Livanovich K S, Pankov V V. Colloid. Surf. A, 2018, 539: 69~79. doi: 10.1016/j.colsurfa.2017.12.008

  18. [18]

      Ma G, Zhang X, Han J, et al. Int. J. Biol. Macromol., 2009, 45(5): 499~503. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2009.08.007

  19. [19]

      Zhang X, Yang D, Nie J. Int. J. Biol. Macromol., 2008, 43(5): 456~462. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2008.08.010

  20. [20]

      El-Sherbiny I M, Smyth H D C. Carbohyd. Res., 2010, 345(14): 2004~2012. doi: 10.1016/j.carres.2010.07.026

  21. [21]

      Bozuyuk U, Dogan N O, Kizilel S. ACS Appl. Mater. Interf., 2018, 10(40): 33945~33955. doi: 10.1021/acsami.8b11178

  22. [22]

      Hu Y, Jiang H, Xu C, et al. Carbohyd. Polym., 2005, 61(4): 472~479. doi: 10.1016/j.carbpol.2005.06.022

  23. [23]

      Gorochovceva N, Makuška R. Eur. Polym. J., 2004, 40(4): 685~691. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2003.12.005

  24. [24]

      王先津, 秦丽梅, 贺继东.化学与生物工程, 2018, 35(3): 32~36, 50.

  25. [25]

      Yoksan R, Matsusaki M, Akashi M, et al. Colloid Polym. Sci., 2004, 282(4): 337~342. doi: 10.1007/s00396-003-0933-y

  26. [26]

      Fangkangwanwong J, Akashi M, Kida T, et al. Biopolymers, 2010, 82(6): 580~586.

  27. [27]

      Poon Y F, Cao Y, Liu Y, et al. ACS Appl. Mater. Interf., 2010, 2(7): 2012~2025. doi: 10.1021/am1002876

  28. [28]

      Kiuchi H, Kai W, Inoue Y. J. Appl. Polym. Sci., 2008, 107(6): 3823~3830. doi: 10.1002/app.27546

  29. [29]

      Tanuma H, Saito T, Nishikawa K, et al. Carbohyd. Polym., 2010, 80(1): 260~265. doi: 10.1016/j.carbpol.2009.11.022

  30. [30]

      Kulkarni A R, Hukkeri V I, Sung H W, et al. Macromol. Biosci., 2005, 5(10): 925~928. doi: 10.1002/mabi.200500048

  31. [31]

      Yang X, Zhang Q, Wang Y, et al. Colloid. Surf. B, 2008, 61(2): 125~131. doi: 10.1016/j.colsurfb.2007.07.012

  32. [32]

      Pozzo A D, Vanini L, Fagnoni M, et al. Carbohyd. Polym., 2000, 42(2): 201~206. doi: 10.1016/S0144-8617(99)00134-4

  33. [33]

      Dodi G, Hritcu D, Lisa G, et al. Chem. Eng. J., 2012, 203: 130~141. doi: 10.1016/j.cej.2012.06.133

  34. [34]

      Hsiao M, Mu Q X, Stephen Z R, et al. ACS Macro Lett., 2015, 4(4), 403~407.

  35. [35]

      吴珊珊, 熊富良, 宋豪源, 等.中国医院药学杂志, 2017, 37(10): 906~910.

  36. [36]

      徐霁, 周文君, 蔡春华, 等.第三军医大学学报, 2017, 39(13): 1376~1380.

  37. [37]

      谭福能, 何媛媛, 隋卫平.应用化学, 2014, 31(12): 1399~1404.

  38. [38]

      Ganguly K, Aminabhavi T M, Kulkarni A R. Ind. Eng. Chem. Res., 2011, 50(21): 11797~11807. doi: 10.1021/ie201623d

  39. [39]

      荆晓光, 刘舒云, 郭维民, 等.中国组织工程研究, 2019, 23(2): 38~45.

  40. [40]

      Liu N, Chen J, Zhang J, et al. Int. J. Biol. Macromol., 2018, 117: 553~558. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.04.196

  41. [41]

      Ma G, Yang D, Li Q, et al. Carbohyd. Polym., 2010, 79(3): 620~627. doi: 10.1016/j.carbpol.2009.09.015

  42. [42]

      俞娟, 徐俊华, 范一民.林业工程学报, 2018, 3(5): 20~27.

  43. [43]

      罗泉清, 李开军, 刘公岩, 等.皮革科学与工程, 2016, 26(1): 28~32.

  44. [44]

      Doulabi A H, Mirzadeh H, Imani M, et al. Carbohyd. Polym., 2013, 92(1): 48~56. doi: 10.1016/j.carbpol.2012.09.002

  45. [45]

      Shariatinia Z. Adv. Colloid Interf. Sci., 2019, 263: 131~194. doi: 10.1016/j.cis.2018.11.008

  46. [46]

      蔡文萍, 李轶杰.生物技术, 2010, 20(5): 29~32.

  47. [47]

      F Zhou, X Jia, Q Yang, et al. Biomater. Sci., 2016, 4(5): 849~856. doi: 10.1039/C5BM00629E

  48. [48]

      Park I K, Kim T H, Park Y H, et al. J. Control. Rel., 2001, 76(3): 349~362. doi: 10.1016/S0168-3659(01)00448-5

  49. [49]

      唐凯, 王阳, 周雨婷, 等.环境影响评价, 2019, 41(5): 72~76, 82.

  50. [50]

      Rahmi, Lelifajri, Nurfatimah R. Carbohyd. Polym., 2018, 199: 499~505. doi: 10.1016/j.carbpol.2018.07.051

• 

  图式 1  mPEG-CHO法制备N-PEG化壳聚糖的典型过程^[14]

  Scheme 1  The preparation of N-PEGylated chitosan by mPEG-CHO^[14]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片
  

  图式 2  mPEG2000-SA法制备N-PEG化壳聚糖的典型过程^[6]

  Scheme 2  The preparation of N-PEGylated chitosan by mPEG2000-SA^[6]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片
  

  图式 3  聚乙二醇丙烯酸酯法制备N-PEG化壳聚糖的典型过程^[18]

  Scheme 3  The preparation of N-PEGylated chitosan by PEGDA^[18]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片
  

  图式 4  MPEGI法制备N-PEG化壳聚糖的典型过程^[22]

  Scheme 4  The preparation of N-PEGylated chitosan by MPEGI^[22]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片
  

  图式 5  MPEGI法制备O-PEG化壳聚糖典型过程^[23]

  Scheme 5  The preparation of O-PEGylated chitosan by MPEGI^[23]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片
  

  图式 6  甲氧基聚乙二醇丁二酸单酯法制备N, O-PEG化壳聚糖的典型过程^[25]

  Scheme 6  The preparation of N, O-PEGylated chitosan by mPEG-SA^[25]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片
  

  图式 7  甲氧基聚乙二醇氯乙酸酯法制备N, O-PEG化壳聚糖的典型过程^[27]

  Scheme 7  The preparation of N, O-PEGylated chitosan by mPEGyl chloroacetate^[27]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片
  

  图式 8  PEGDE交联壳聚糖的制备^[28]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片
  

  图式 9  PEG交联壳聚糖的制备^[30]

  Scheme 9  Preparation of PEG crosslinked chitosan^[30]

  下载: 全尺寸图片 幻灯片
•