综述：壳聚糖：一种多功能的生物材料——探索其理化特性及多样化的药物递送应用

这篇综述系统阐述了壳聚糖（CS）作为可持续生物材料的核心优势：源于甲壳类/昆虫/真菌的提取方法（化学/酶法）、关键理化特性（分子量、脱乙酰度、溶解度）及结构修饰策略（酰化、季铵化）。重点解析其氨基/羟基反应性赋予的独特性能（生物降解性、黏膜粘附性、金属螯合能力），并详述在组织工程、基因递送（非病毒载体）、抗癌药物负载（pH响应释放）等生物医学领域的创新应用，堪称跨学科研究的典范模板。

　　

Abstract
壳聚糖（CS）作为甲壳素脱乙酰化衍生的线性多糖，凭借其生态友好特性与多重功能优势，正以25.90%的年复合增长率（2024-2032年）扩张市场版图。其核心竞争力源于可调控的分子量（MW）和脱乙酰度（DD），以及由此衍生的pH依赖性溶解度、热稳定性和结构多态性。

Introduction
在天然聚合物（纤维素、藻酸盐）与合成材料（聚乙烯醇）的竞争中，CS因同时具备生物相容性、非免疫原性和功能基团可修饰性脱颖而出。甲壳素作为自然界第二丰富的多糖，在虾蟹加工废料中占比高达27%，但需通过碱处理脱乙酰化转化为水溶性CS。全球需求年增长14.5%的背后，是其在药物缓释系统、基因载体（带正电氨基结合DNA）和伤口敷料（促凝血特性）等领域的不可替代性。

Sources and structure of CS
CS的骨架由β-(1-4)-连接的D-葡萄糖胺和N-乙酰-D-葡萄糖胺随机排列构成。其C3/C6位羟基与游离氨基共同形成"分子工具箱"，通过氢键、静电作用实现重金属吸附（Cu²⁺
螯合效率>90%）和pH响应性药物包埋。

Extraction Methods
从甲壳动物中提取需经历酸浸（溶解碳酸钙）、碱煮（去除蛋白质）和40-50%浓碱脱乙酰的三步流程，而真菌来源CS则可通过温和的酶法（几丁质脱乙酰酶）获得更高DD值（>85%）的产品。

Physico-chemical properties
结晶度（XRD测定）与DD呈负相关——当DD从60%提升至90%时，结晶指数从0.82降至0.35。这种变化直接关联到溶菌酶降解速率：高DD样品在生理条件下72小时失重达78%。

Modification strategies
季铵化修饰将等电点从6.5提升至8.2，使CS在生理pH下保持阳离子特性；羧甲基化则创造两性分子，其等电点可精准调控在pH5.2-6.7区间，适用于口腔黏膜给药系统。

Biomedical applications
在抗癌领域，CS-阿霉素偶联物通过EPR效应在肿瘤部位富集，其腙键在pH5.0环境下的断裂效率是生理pH的7.3倍。基因递送方面，CS/pDNA纳米复合物（N/P比=5:1）在HEK293细胞中的转染效率较脂质体高2个数量级。

Challenges
尽管优势显著，CS的批次差异性（海源原料季节波动）和机械强度不足（水凝胶压缩模量<50kPa）仍是产业化的主要瓶颈。最新研究采用真菌-甲壳素杂交提取法可将分子量偏差控制在±5%以内。

Conclusions
通过精准调控脱乙酰度（70-95%）和分子量（10-500kDa），配合定向官能团修饰（如硫醇化增强黏膜滞留），CS正从传统敷料升级为智能递送系统的核心组件，在mRNA疫苗冻干保护剂和器官芯片涂层等前沿领域展现惊人潜力。