开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
一.研究背景
金针菇是世界著名的食用菌之一,在国际市场上产量仅次于香菇、平菇和黑木耳居第四位。金针菇肉质细腻、滑软,味道宜人,但由于金针菇食用部位的特殊性,工厂模式生产金针菇后会残留大量的子实体部分,而金针菇中具有较高含量的几丁质[1],为我们将金针菇栽培废弃物变废为宝,挖掘其利用价值提供了有利条件。
壳聚糖(chitosan)是几丁质(chitin)脱乙酰化得到的一种聚氨基葡萄糖,化学名称为beta;-(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖,其表现出抗菌抗炎抗氧化的活性,壳聚糖的生物活性主要取决于分子量和脱乙酰度的大小,据研究表明,壳聚糖在低分子量、高脱乙酰度时表现出良好的抗菌活性[2]。壳聚糖是迄今为止发现的唯一碱性多糖,在中性碱性下较难溶解, 因此需要寻找新的方法对壳聚糖进行化学改性以提高其水溶性和抗菌性能,并进一步探讨其抗菌机制 [3]。壳聚糖还具有良好的保湿性、易成膜性、抗静电性,有研究表明,壳聚糖可以修复紫外线和激光对皮肤的损伤,防止皮肤表面出现干裂、粗糙及老化等现象,加速表皮细胞的代谢和再生,且对皮肤无毒、无刺激,将其与橄榄油、乙二醇、甘油等成分混合,可渗透进入皮肤毛囊孔,抑制黑色素的形成,可作为紫外线所致皮肤损伤后用于修复的医用敷料[4]。壳聚糖作为一种性能优良的生物高分子材料, 其资源丰富、可再生,完全符合“可持续发展”的要求,以金针菇废弃物作为原料提取,对保护自然环境也起到积极作用,高效利用壳聚糖仍有广阔的研究空间。
众所周知,感染是伤口愈合的主要障碍, 并且已成为严重疾病患者中不断增长的死亡原因,感染的治疗给医疗系统乃至整个社会带来了沉重负担。为了增强感染伤口的愈合,非常需要具有抗菌活性和多功能特性以促进伤口愈合的敷料。目前,已经开发出许多类型的现代伤口敷料,包括具有持续药物释放特性的半透膜,半透性泡沫,水胶体和水凝胶,不仅试图避免感染缺陷伤口,而且促进伤口修复过程。
在研究前期,我们已经采用废弃食用菌菌根作为原料提取出壳聚糖,并将其命名为敷料TG05,经动物实验证实敷料TG05能够有效促进小鼠和大鼠受损表皮的修复与再生,具有良好的促进伤口愈合的功效。但在实验过程中遇到了TG05粉末纯度低和溶解性差的问题,需要重新提纯制成纳米级,增加其可溶性。在这些敷料中,由于其亲水性,水凝胶可通过吸收伤口渗出液并保持湿润的环境来降低伤口感染的风险,这些特性具有改善修复受损组织的良好潜力。因此具有抗氧化、抗菌和导电性的明胶壳聚糖纳米复合水凝胶作为多功能生物活性敷料具有广阔的潜力,可用于治疗感染的伤口[5]。
当前,由于大气中来自工业或人类的含气态氯或溴的化合物导致臭氧层逐渐枯竭,紫外线辐射显著渗透到地球表面,成为了造成人体皮肤损害的主要危险因素,尤其是太阳紫外线B(UVB; 280-315 nm),过度的照射会使皮肤出现红肿、水泡、炎症、皮肤老化、氧化应激,DNA损伤,黑色素沉淀、免疫抑制等问题, 甚至能引起皮肤癌。而壳聚糖被发现可通过抑制黑色素相关蛋白(小邻苯二甲酸转录因子,酪氨酸酶,酪氨酸酶相关蛋白-1和-2)的表达并抑制酪氨酸酶活性来有效减少alpha;-MSH刺激的黑色素生成,证实了壳聚糖对人黑色素细胞中黑色素生成的抑制作用。壳聚糖薄膜已被证明可以防止波长小于400 nm的光吸收,因此,它可能有助于保护皮肤免受紫外线的伤害[6]。有研究表明,脱乙酰壳多糖涂层可以保护甜樱桃[7]和大枣[8],免受紫外线损伤,仍保持其新鲜程度、重量、硬度和水果中有益成分。
本研究旨在充分利用金针菇栽培废弃物,从中提取出具有抗菌活性的壳聚糖(敷料TG05),一方面鉴定食用菌来源敷料TG05的结构,进而尝试通过制备壳聚糖纳米晶体水凝胶进行结构优化;另一方面研究修复紫外线引起的皮肤损伤,抑制黑色素形成的效果和作用机制,为金针菇壳聚糖的利用和纳米水凝胶材料提供新的研究材料。
二.拟解决问题
本研究旨在对金针菇栽培废弃物分离纯化几丁质,再经脱酰化处理得到具有抗菌活性的壳聚糖,鉴定其结构,并通过制备壳聚糖纳米晶体水凝胶进行结构优化,建立动物模型,对动物进行紫外线照射从而引起皮肤损伤,分析食用菌来源敷料TG05抑制黑色素形成的效果及作用机制。
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