ไคโตซาน

ชื่อ
ชื่ออื่นๆ โพลิกลูซัม; ดีอะซิติลไคติน; โพลี-(D)กลูโคซามีน; ก่อนคริสต์ศักราช; ไคโตเพิร์ล; ไคโตฟาร์ม; โฟลแนค; ไคเท็กซ์
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	9012-76-4 วาย
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	ภาพแบบโต้ตอบ
เคมสไปเดอร์	64870 วาย
บัตรข้อมูล ECHA	100.122.259
หมายเลข EC	618-480-0
PubChem CID	71853
มหาวิทยาลัย	23R93M6Y64 วาย
แดชบอร์ด CompTox ( EPA )	DTXSID6030992
อินชิ นิ้ว=1S/C56H103N9O39/c1-87-56(86)65-28-38(84)46(19(10-74)96-55(28)104-45 -18(9-73)95-49(27(64)37(45)83)97-39-12(3-67)88-47(85)20(57)31(39)77)103-5 4-26(63)36(82)44(17(8-72)94-54)102-53-25(62)35(81)43(16(7-71)93-53)101-52-24(61)34(80)42(15(6-70)92-52)100-51-23(60)33(79)41(14(5-69)91-51)99-50-2 2(59)32(78)40(13(4-68)90-50)98-48-21(58)30(76)29(75)11(2-66)89-48/h11-55,66-85H,2-10,57-64H2,1H3,(H,65,86)/t11-,12-,13-,14-,15-,16-,17-,18-,19-,20 -,21-,22-,23-,24-,25-,26-,27-,28-,29-,30-,31-,32-,33-,34-,35-,36-,37-,38- ,39-,40-,41-,42-,43-,44-,45-,46-,47-,48+,49+,50+,51+,52+,53+,54+,55+/m1/s1 วาย รหัส: FLASNYPZGWUPSU-SICDJOISSA-N วาย นิ้วChI=1/C56H103N9O39/c1-87-56(86)65-28-38(84)46(19(10-74)96-55(28)104-45- 18(9-73)95-49(27(64)37(45)83)97-39-12(3-67)88-47(85)20(57)31(39)77)103-54 -26(63)36(82)44(17(8-72)94-54)102-53-25(62)35(81)43(16(7-71)93-53)101-52-24(61)34(80)42(15(6-70)92-52)100-51-23(60)33(79)41(14(5-69)91-51)99-50-22 (59)32(78)40(13(4-68)90-50)98-48-21(58)30(76)29(75)11(2-66)89-48/h11-55,66-85H,2-10,57-64H2,1H3,(H,65,86)/t11-,12-,13-,14-,15-,16-,17-,18-,19-,20- ,21-,22-,23-,24-,25-,26-,27-,28-,29-,30-,31-,32-,33-,34-,35-,36-,37-,38-, 39-,40-,41-,42-,43-,44-,45-,46-,47-,48+,49+,50+,51+,52+,53+,54+,55+/m1/s1 รหัส: FLASNYPZGWUPSU-SICDJOISBY
รอยยิ้ม COC(=O)N[C@@H]1[C@H]([C@@H]([C@H](O[C@H]1O[C@@H]2[C@H](O[C@H]([C@@H]([C@H]2O)N)O[C@@H]3[C@H](O[C@ H]([C@@H]([C@H](O4)CO)O[C@H]5[C@@H]([C@H]([C@@H]( [C@H](O5)CO)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O[C@H]7[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O7)CO)O[C@H]8 [C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O8)CO)O[C@H]9[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O9)CO)O)O)N)O)N)O)N)O)N)O)N)O)N)O
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง	ดี -กลูโคซามีนและเอ็น -อะเซทิลกลูโคซามี น (โมโนเมอร์)
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) วาย ตรวจสอบ  (คืออะไร   ?) วายเอ็น ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

ไคโตซาน/ ˈ k aɪ t ə s æ n /เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ เชิง เส้นที่ประกอบด้วยD-กลูโคซามีน (หน่วยที่ถูกกำจัดหมู่แอซิทิล) และN- แอซิทิ ล -D- กลูโคซามีน (หน่วยที่ถูกเติมหมู่แอซิทิล) ที่เชื่อมต่อกันแบบสุ่มด้วยพันธะ β-(1→4) ไคโตซานผลิตขึ้นโดยการนำ เปลือก ไคตินของกุ้งและสัตว์จำพวกครัสเตเชียนอื่นๆ มาทำปฏิกิริยากับสารอัลคาไลน์ เช่นโซเดียมไฮดรอกไซด์

ไคโตซานมีประโยชน์ทางการค้าและอาจมีประโยชน์ทางการแพทย์หลายประการ สามารถใช้ในภาคเกษตรกรรมเป็นสารเคลือบเมล็ดพันธุ์และสารชีวภาพกำจัดศัตรูพืช ช่วยให้พืชต่อสู้กับการติดเชื้อราได้ ในการผลิตไวน์สามารถใช้เป็นสารตกตะกอนช่วยป้องกันการเน่าเสีย ในภาคอุตสาหกรรม สามารถใช้ใน สารเคลือบ สีโพลียูรี เทนที่ซ่อมแซมตัวเองได้ ในทางการแพทย์มีประโยชน์ในผ้าพันแผล (ในรูปของผ้าพันแผลไฮโดรคอลลอยด์ไค โตซาน ) เพื่อลดการตกเลือดและเป็นสารต้านแบคทีเรีย นอกจากนี้ยังสามารถใช้ช่วยในการนำส่งยาผ่านทางผิวหนังได้อีกด้วย

ในปี ค.ศ. 1799 นักเคมีชาวอังกฤษชาร์ลส์ แฮทเช็ตต์ได้ทำการทดลองกำจัด แคลเซียมออก จากเปลือกของสัตว์จำพวกกุ้งและปูหลายชนิด และพบว่ามีสารสีเหลืองอ่อนนุ่มคล้ายกระดูกอ่อนหลงเหลืออยู่ ซึ่งปัจจุบันเรารู้จักกันในชื่อไคติน ในปี ค.ศ. 1859 นักสรีรวิทยาชาวฝรั่งเศสชาร์ลส์ มารี เบนจามิน รูเจต์พบว่าการต้มไคตินในสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์สามารถกำจัดหมู่แอซีทิลออกไปได้ ทำให้เกิดสารที่ละลายได้ในกรดอินทรีย์เจือจาง ซึ่งเขาเรียกว่าไคตินโมดิฟิเอ (chitine modifiée ) ในปี ค.ศ. 1894 นักเคมีชาวเยอรมันเฟลิกซ์ ฮอปเป-เซย์เลอร์ได้ตั้งชื่อสารนี้ว่า ไคโตซาน ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1894 ถึง ค.ศ. 1930 มีช่วงเวลาของการถกเถียงและความสับสนเกี่ยวกับองค์ประกอบที่แท้จริงของไคติน โดยเฉพาะอย่างยิ่งว่าไคตินจากสัตว์และเชื้อราเป็นสารเคมีชนิดเดียวกันหรือไม่ ในปี ค.ศ. 1930 ฟิล์มและเส้นใยไคโตซานชิ้นแรกได้รับการจดสิทธิบัตร แต่การแข่งขันจากพอลิเมอร์ที่ได้จากปิโตรเลียมทำให้การนำไปใช้มีจำกัด จนกระทั่งช่วงทศวรรษ 1970 จึงมีการกลับมาให้ความสนใจในสารประกอบนี้อีกครั้ง ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากกฎหมายที่ป้องกันการทิ้งของเสียจากหอยที่ไม่ได้รับการบำบัด^{[ 1 ]}

ไคโตซานผลิตในเชิงพาณิชย์โดยการกำจัดหมู่แอ ซีทิลออก จากไคตินซึ่งเป็นองค์ประกอบ โครงสร้าง ในเปลือกนอกของสัตว์จำพวกกุ้งและปู (เช่น ปูและกุ้ง) และผนังเซลล์ของเชื้อรา^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} วิธีทั่วไปในการผลิตไคโต ซานคือการกำจัดหมู่แอซีทิลออกจากไคตินโดยใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์ในปริมาณมากเกินพอเป็นสารตั้งต้นและน้ำเป็นตัวทำละลาย ปฏิกิริยาเป็นไปตามจลนศาสตร์อันดับหนึ่งแม้ว่าจะเกิดขึ้นในสองขั้นตอนพลังงานกระตุ้นสำหรับขั้นตอนแรกประมาณ 48.8 kJ·mol ⁻¹ที่อุณหภูมิ 25–120 °C (77–248 °F) และสูงกว่าพลังงานกระตุ้นสำหรับขั้นตอนที่สอง^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

ระดับการดีแอซิเลชัน (DD%) สามารถกำหนดได้โดยสเปกโทรสโกปี NMRและระดับการดีแอซิเลชันในไคโตซานที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์มีตั้งแต่ 60 ถึง 100% ^{[ 9 ] [ 10 ]}โดยเฉลี่ยแล้ว น้ำหนักโมเลกุลของไคโตซานที่ผลิตในเชิงพาณิชย์คือ 3800–20,000  ดาลตัน

นาโนไฟบริลถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไคตินและไคโตซาน^{[ 11 ]}

ไคโตซานประกอบด้วยหมู่ฟังก์ชันสามหมู่ดังต่อไปนี้: C2- _NH2 , C3- OHและ C6-OH C3-OH มีความต้านทานต่อตำแหน่งเชิงพื้นที่สูง จึงค่อนข้างยากที่จะปรับเปลี่ยน C2-NH2 _มีปฏิกิริยาสูงสำหรับการปรับเปลี่ยนอย่างละเอียดและเป็นหมู่ฟังก์ชันที่พบได้บ่อยที่สุดในไคโตซาน^{[ 12 ]}ในไคโตซาน แม้ว่าหมู่เอมีนจะมีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยานิวคลีโอฟิลิกมากกว่าหมู่ไฮดรอกซิลแต่ทั้งสองก็สามารถทำปฏิกิริยาแบบไม่เลือกกับรีเอเจนต์อิเล็กโทรฟิลิกเช่น กรด คลอไรด์ และฮาโลอัลเคนเพื่อ สร้าง หมู่ฟังก์ชันได้^{[ 13 ]}เนื่องจากไคโตซานมีหมู่ฟังก์ชันหลากหลาย จึงสามารถสร้างหมู่ฟังก์ชันได้หลายวิธี เช่น การฟอสโฟรีเลชัน การไทโอเลชัน และการควอเทอร์ไนเซชัน เพื่อปรับให้เข้ากับวัตถุประสงค์เฉพาะ

ไคโตซานฟอสฟอริเลตที่ละลายน้ำได้สามารถได้มาโดยปฏิกิริยาระหว่างฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์และไคโตซานภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำโดยใช้กรดมีเทนซัลโฟนิกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ไคโตซานฟอสฟอริเลตที่มีฤทธิ์ต้านแบคทีเรียที่ดีและคุณสมบัติไอออนิกสามารถเตรียมได้โดยการพอลิเมอไรเซชันแบบกราฟต์ของไคโตซานโมโนฟอสเฟต^{[ 14 ] [ 15 ]}

คุณสมบัติ การละลายน้ำที่ดีและคุณสมบัติการจับโลหะของ ไคโต ซานฟอสฟอริเลตและอนุพันธ์ของมันทำให้มีการนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมเนื้อเยื่อตัวนำส่งยา การสร้างเนื้อเยื่อใหม่ และอุตสาหกรรมอาหาร^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

ในวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ไคโตซานที่ถูกฟอสโฟรีเลตแสดงให้เห็นถึงการบวมและการนำไฟฟ้าไอออนที่ดีขึ้น แม้ว่าความเป็นผลึกจะลดลง แต่ความแข็งแรงในการรับแรงดึงยังคงไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้มีประโยชน์ในการสร้างโครงสร้างที่สามารถรองรับการสร้างเนื้อเยื่อกระดูกใหม่โดยการจับกับปัจจัยการเจริญเติบโตและส่งเสริมการแยกตัวของเซลล์ต้นกำเนิดไปเป็นเซลล์สร้างกระดูก^{[ 19 ]}นอกจากนี้ เพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายของไฮโดรเจล ที่ใช้ไคโตซาน ที่ค่า pH เป็นกลางหรือด่าง ได้มีการพัฒนาอนุพันธ์N-เมทิลีนฟอสโฟนิกแอซิดไคโตซาน (NMPC-GLU) วัสดุนี้ยังคงรักษาความแข็งแรงเชิงกลที่ ดี และปรับปรุงการแพร่กระจายของเซลล์ทำให้มีคุณค่าสำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์^{[ 20 ]}

ไคโตซาน ที่มีหมู่ ไทออล ถูกผลิตขึ้นโดยการติดหมู่ไทออลเข้ากับหมู่เอมีนของไคโตซานโดยใช้สารเชื่อมต่อที่มีหมู่ไทออล[ 21 ^{] [ 22 ]ตำแหน่งหลัก}สำหรับการดัดแปลงนี้คือหมู่เอมีนที่ตำแหน่งที่ 2 ของหน่วยกลูโคซามีนของไคโตซาน ในระหว่างกระบวนการนี้ กรดไทโอไกลโคลิกและซิสเทอีนเป็นตัวกลางในการเกิดปฏิกิริยา ทำให้เกิดพันธะอะไมด์ระหว่างหมู่ไทออลและไคโตซาน ที่ค่า pH ต่ำกว่า 5 กิจกรรมของไทออลจะลดลง ซึ่งจำกัดการเกิดพันธะไดซัลไฟด์^{[ 23 ]}

ไคโตซานที่ดัดแปลงแล้วแสดงคุณสมบัติการยึดเกาะและความเสถียรที่ดีขึ้นเนื่องจากการยึดเกาะแบบโควาเลนต์ของกลุ่มไทออล ค่า pH ที่ต่ำลงช่วยลดการเกิดออกซิเดชัน ทำให้คุณสมบัติการยึดเกาะ ดีขึ้น ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}นอกจากนี้ ไคโตซานที่มีไทออลยังสามารถโต้ตอบกับตัวรับบนเยื่อหุ้มเซลล์ ช่วยเพิ่มการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์^{[ 27 ]}และแสดงศักยภาพในการประยุกต์ใช้ในการป้องกันการยึดเกาะของแบคทีเรียเช่น การเคลือบสแตนเลส^{[ 28 ] [ 29 ]}

วิธีการหลักสองวิธีในการทำให้ไคโตซานอยู่ในสถานะควอเทอร์นารี ได้แก่ การควอเทอร์นารีโดยตรงและการควอเทอร์นารีโดยอ้อม

• การควอเทอร์ ไนเซชัน โดยตรงของกรดอะมิโนไคโตซานคือการบำบัดไคโตซานด้วยฮาโลอัลเคนภายใต้สภาวะด่าง อีกวิธีหนึ่งคือการทำปฏิกิริยาของไคโตซานกับอัลดีไฮด์ก่อน ตามด้วยการลด และสุดท้ายกับฮาโลอัลเคนเพื่อให้ได้ไคโตซานควอเทอร์ไนซ์^{[ 30 ] [ 31 ]}
• วิธีการควอเทอร์ไนเซชันทางอ้อมหมายถึงการนำโมเลกุลขนาดเล็กที่มีกลุ่มแอมโมเนียมควอเทอร์นารีเข้าสู่ไคโตซาน เช่น ไกลซิดิลไตรเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ (5-โบรโมเพนทิล) ไตรเมทิลแอมโมเนียมโบรไมด์ เป็นต้น^{[ 32 ] [ 33 ]}นอกจากนี้ยังสามารถนำกลุ่มแอมโมเนียมควอเทอร์นารีเข้าสู่โครงสร้างหลักของไคโตซานได้ผ่าน ปฏิกิริยาไซโคลแอด ^ดิชันของอะไซด์-อัลไคน์ [ ^{34 ]}หรือโดยการละลายไคโตซานในด่างและยูเรียแล้วทำปฏิกิริยากับ 3-คลอโร-2-ไฮดรอกซีโพรพิลไตรเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์^{[ 35 ]}ซึ่งเป็นวิธีที่เรียบง่ายและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการทำให้ไคโตซานมีฟังก์ชันการทำงาน

อนุพันธ์แคทไอออนิกของไคโตซานมีบทบาทสำคัญในการยึดเกาะทางชีวภาพ การเพิ่มการดูดซึม การต้านการอักเสบ การต้านเชื้อแบคทีเรีย และการต้านมะเร็ง ไคโตซานที่ดัดแปลงด้วยกลุ่มควอเทอร์นารีแอมโมเนียมเป็นหนึ่งในอนุพันธ์แคทไอออนิกของไคโตซานที่พบได้บ่อยที่สุด ไคโตซานควอเทอร์ไนซ์ที่มีประจุบวกถาวรมีฤทธิ์ต้านจุลชีพและความสามารถในการละลายที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับไคโตซานปกติ^{[ 36 ]}

ไคโตซานที่ไม่ผ่านการดัดแปลงโดยทั่วไปจะไม่ละลายในน้ำบริสุทธิ์ แต่จะละลายในสารละลายกรดเจือจาง (pH < 6) และไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่ เนื่องจากไคโตซานมีคุณสมบัติเป็นเบสแก่ โดยหมู่เอมี_นปฐมภูมิมีค่า pKaประมาณ 6.3 สำหรับปฏิกิริยาR-NH+3 ⇌ R ⁻ NH ₂ + H ⁺เมื่อมีไฮโดรเจนไอออนเพียงพอ หมู่เอมีนจะถูกโปรตอน ทำให้มีประจุบวก ซึ่งช่วยให้โมเลกุลของน้ำสามารถ "จับ" ไคโตซานได้ดีขึ้นในรูปของพอลิอิเล็กโทรไลต์ประจุบวกที่ละลายน้ำได้^{[ 37 ]}

ไคโตซานสามารถสร้าง เกลือที่ละลายได้ง่ายกับแอนไอออนของกรดอินทรีย์หลายชนิด รวมถึงฟอร์เมต อะซิเตต แลคเตต มาเลต ซิเตรต ไกลออกซิเลต ไพรูเวต ไกลโคเลต และแอสคอร์เบต^{[ 37 ]}นอกจากนี้ ไคโตซานยังสามารถละลายใน_CO2ในน้ำซึ่งมีประโยชน์ในการลดความเป็นกรดส่วนเกิน^{[ 38 ]}

ความสามารถในการละลายและpKa _ของไคโตซานได้รับผลกระทบจาก DD% ^{[ 39 ]}การกระจายตัวของกลุ่มอะเซทิลบนโซ่ก็มีความสำคัญเช่นกัน ในฐานะโพลีอิเล็กโทรไลต์ พฤติกรรมการโปรตอนของไคโตซานอธิบายได้ดีที่สุดด้วยสมการของ Kachalsky ^{[ 37 ]}

เมื่อสารละลายไคโตซานในน้ำสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่เป็นเบส จะเกิดการตกตะกอนเพื่อสร้างเจล โดยเฉพาะไฮโดรคอลลอยด์ประจุ ลบ ^{[ 37 ]}อย่างไรก็ตาม "เจล" นี้อ่อนแอทางกลเนื่องจากไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโซ่มากนัก สามารถเติมสารเคมีเพื่อส่งเสริมปฏิสัมพันธ์ระหว่างไอออน ไฟฟ้าสถิต และพันธะไฮโดรเจนระหว่างโซ่ ทำให้เจลแข็งแรงขึ้น^{[ 40 ]}

หมู่เอมีนอิสระบนโซ่ไคโตซานสามารถสร้าง เครือข่ายพอลิเมอร์ แบบเชื่อมโยงกันกับกรดไดคาร์บอกซิลิกเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของไคโตซาน^{[ 41 ]}

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ไคโตซานในน้ำมีกลุ่มอะมีนที่มีประจุบวกจำนวนมาก ทำให้สามารถจับกับพื้นผิวที่มีประจุลบได้ง่าย^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}เช่น เยื่อเมือก

ไคโตซานยังสามารถจับกับพื้นผิวอื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านปฏิกิริยาไฮโดรโฟบิกและ/หรือปฏิกิริยาแคตไอออน-π (ไคโตซานเป็นแหล่งแคตไอออน) ในสารละลายน้ำ^{[ 45 ] [ 46 ]}

ไคโตซานสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและเข้ากันได้ทางชีวภาพ^{[ 47 ]}

ไคโตซานช่วยเพิ่มการขนส่งยา ที่มีขั้ว ผ่านพื้นผิวเยื่อบุผิว การดูดซึมไคโตซานที่เพิ่มขึ้นส่วนใหญ่เกิดจากการโต้ตอบของไคโตซานที่มีประจุบวกกับเยื่อหุ้มเซลล์ การกระตุ้นช่องแลกเปลี่ยนคลอรีน-ไบคาร์บอเนต และการจัดระเบียบใหม่ของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับจุดเชื่อมต่อแน่นของเยื่อบุผิวจึงทำให้จุดเชื่อมต่อแน่นของเยื่อบุผิวเปิดออก^{[ 48 ]}อย่างไรก็ตาม ยังไม่ได้รับการอนุมัติจาก FDA สำหรับการส่งยา ไคโตซานบริสุทธิ์มีปริมาณที่พร้อมใช้งานสำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์^{[ 4 ] [ 3 ]}

ไคโตซานยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียและเชื้อราหลายชนิดด้วยกลไกที่เกี่ยวข้องกับหลายปัจจัย รวมถึงระดับการดีอะซิทิเลชัน ค่า pH ไอออนบวกสองวาเลนซ์ และชนิดของตัวทำละลาย

การใช้ไคโตซานในด้านการเกษตรและพืชสวน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการป้องกันพืชและการเพิ่มผลผลิตนั้น ขึ้นอยู่กับว่าพอลิเมอร์กลูโคซามีนนี้มีอิทธิพลต่อชีวเคมีและชีววิทยาโมเลกุลของเซลล์พืชอย่างไร เป้าหมายของเซลล์คือเยื่อหุ้มพลาสมาและโครมาตินในนิวเคลียส การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นตามมาจะเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มเซลล์ โครมาติน ดีเอ็นเอ แคลเซียมMAP kinaseการระเบิดออกซิเดชัน สารออกซิเจนที่ออกฤทธิ์ ยีนที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโรคของแคลโลส (PR) และไฟโตอะเล็กซิน^{[ 49 ]}

ไคโตซานได้รับการจดทะเบียนเป็นส่วนประกอบสำคัญ (ได้รับอนุญาตให้จำหน่าย) ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2529 ^{[ 50 ]}

ในด้านการเกษตรไคโตซานมักใช้เป็นสารบำบัดเมล็ดพันธุ์ตามธรรมชาติและสารเร่งการเจริญเติบโตของพืช รวมถึงเป็น สาร กำจัดศัตรูพืชชีวภาพ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถตามธรรมชาติของพืชในการป้องกันตัวเองจากการติดเชื้อรา^{[ 51 ]}

โมเลกุลไคติน/ไคโตซานที่เสื่อมสภาพแล้วมีอยู่ในดินและน้ำ การใช้งานไคโตซานสำหรับพืชและพืชผลได้รับการควบคุมในสหรัฐอเมริกาโดยสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมและโครงการเกษตรอินทรีย์แห่งชาติ ของกระทรวงเกษตรแห่งสหรัฐอเมริกา ควบคุมการใช้งานในฟาร์มและพืชผลที่ได้รับการรับรองว่าเป็นเกษตรอินทรีย์^{[ 52 ]}ผลิตภัณฑ์ไคโตซานที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพซึ่งได้รับการอนุมัติจาก EPA ได้รับอนุญาตให้ใช้กลางแจ้งและในร่มกับพืชและพืชผลที่ปลูกในเชิงพาณิชย์และโดยผู้บริโภค^{[ 53 ]}

ในสหภาพยุโรปและสหราชอาณาจักร ไคโตซานได้รับการขึ้นทะเบียนเป็น "สารพื้นฐาน" สำหรับใช้เป็นสารฆ่า เชื้อรา และแบคทีเรียทางชีวภาพในพืชหลากหลายชนิด^{[ 54 ] [ 55 ]}

ความสามารถในการควบคุมทางชีวภาพตามธรรมชาติของไคโตซานไม่ควรสับสนกับผลกระทบของปุ๋ยหรือยาฆ่าแมลงที่มีต่อพืชหรือสิ่งแวดล้อม ไคโตซานซึ่งเป็นสารชีวภัณฑ์กำจัดศัตรูพืชที่มีประสิทธิภาพ ถือเป็นทางเลือกใหม่ในการควบคุมทางชีวภาพที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าสำหรับพืชผลทางการเกษตรและพืชสวน^{[ 56 ]} กลไกการออกฤทธิ์ในการควบคุมทางชีวภาพของไคโตซานจะกระตุ้นการตอบสนองการป้องกันตามธรรมชาติภายในพืชเพื่อต้านทานแมลง เชื้อโรค และโรคที่เกิดจากดิน เมื่อนำไปใช้กับใบหรือดิน^{[ 57 ]}ไคโตซานช่วยเพิ่มการสังเคราะห์แสง ส่งเสริมและเพิ่มการเจริญเติบโตของพืช กระตุ้นการดูดซึมสารอาหาร เพิ่มการงอกและการแตกหน่อ และเพิ่มความแข็งแรงของพืช เมื่อใช้เป็นสารเคลือบเมล็ดหรือสารบำบัดเมล็ดในฝ้าย ข้าวโพด มันฝรั่ง ถั่วเหลือง บีทน้ำตาล มะเขือเทศ ข้าวสาลี และเมล็ดพืชอื่นๆ อีกมากมาย มันจะกระตุ้น การตอบสนอง ภูมิคุ้มกันตามธรรมชาติในรากที่กำลังพัฒนา ซึ่งจะทำลายไส้เดือนฝอยปรสิตโดยไม่ทำอันตรายต่อไส้เดือนฝอยและสิ่งมีชีวิต ที่เป็นประโยชน์ ^{[ 58 ]}

การประยุกต์ใช้ไคโตซานในภาคเกษตรกรรมสามารถลดความเครียดจากสิ่งแวดล้อมเนื่องจากภัยแล้งและความบกพร่องของดิน เสริมสร้างความแข็งแรงของเมล็ดพันธุ์ ปรับปรุงคุณภาพของต้นกล้า เพิ่มผลผลิต และลดการเน่าเสียของผัก ผลไม้ และพืชตระกูลส้ม^{[ 59 ]}การประยุกต์ใช้ไคโตซานในด้านพืชสวนช่วยเพิ่มการออกดอกและยืดอายุของดอกไม้ตัดและต้นคริสต์มาสหน่วยงานป่าไม้ของสหรัฐอเมริกาได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับไคโตซานเพื่อควบคุมเชื้อโรคในต้นสน^{[ 60 ] [ 61 ]}และเพิ่มการไหลของยางไม้ซึ่งต้านทานการระบาดของด้วงสน^{[ 62 ]}

ไคโตซานได้รับการศึกษาเพื่อนำไปประยุกต์ใช้ในด้านการเกษตรและพืชสวนมาตั้งแต่ทศวรรษ 1980 ^{[ 63 ]}ในปี 1989 สารละลายเกลือไคโตซานถูกนำไปใช้กับพืชผลเพื่อปรับปรุงการป้องกันน้ำค้างแข็ง หรือใช้กับเมล็ดพืชเพื่อเตรียมเมล็ด^{[ 64 ]} หลังจากนั้นไม่นาน เกลือไคโตซานก็ได้รับการรับรองให้เป็นสาร กำจัดศัตรูพืชชีวภาพเป็นครั้งแรกจาก EPA ตามมาด้วยการยื่นขอสิทธิบัตร ทรัพย์สินทางปัญญา อื่นๆ

ไคโตซานยังถูกนำมาใช้เพื่อปกป้องพืชในอวกาศด้วย ตัวอย่างเช่นการทดลองของNASA เพื่อปกป้องถั่วอะซูกิที่ปลูกบนกระสวยอวกาศและสถานีอวกาศ มีร์ในปี 1997 ^{[ 65 ]}ผลการทดลองของ NASA เผยให้เห็นว่าไคโตซานกระตุ้นการเจริญเติบโต (ชีวมวล) และความต้านทานต่อเชื้อโรคเพิ่มขึ้นเนื่องจากระดับเอนไซม์ β-(1→3)-กลูคาเนสในเซลล์พืชสูงขึ้น NASA ยืนยันว่าไคโตซานมีผลเช่นเดียวกันในพืชบนโลก^{[ 66 ]}

ในปี 2551 EPA ได้อนุมัติสถานะสารกระตุ้นแบบกว้างสเปกตรัมจากธรรมชาติสำหรับส่วนประกอบออกฤทธิ์โมเลกุลต่ำมากที่มีไคโตซาน 0.25% ^{[ 67 ]}สารละลายไคโตซานกระตุ้นจากธรรมชาติสำหรับการใช้งานทางการเกษตรและพืชสวนได้รับการอนุมัติฉลากที่แก้ไขแล้วสำหรับการใช้งานทางใบและการชลประทานโดย EPA ในปี 2552 ^{[ 59 ]}เนื่องจากมีศักยภาพในการเป็นพิษต่ำและมีปริมาณมากในสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติ ไคโตซานจึงไม่เป็นอันตรายต่อคน สัตว์เลี้ยง สัตว์ป่า หรือสิ่งแวดล้อมเมื่อใช้ตามคำแนะนำบนฉลาก^{[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]}ส่วนผสมของไคโตซานไม่ได้ผลกับด้วงเปลือกไม้เมื่อนำไปใช้กับใบไม้หรือในดินของต้นไม้^{[ 71 ]}

ไคโตซานสามารถใช้ในอุทกวิทยาเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการกรองได้^{[ 72 ]}ไคโตซานทำให้อนุภาคตะกอนละเอียดจับตัวกัน และจะถูกกำจัดออกไปพร้อมกับตะกอนในระหว่างการกรองด้วยทราย นอกจากนี้ยังช่วยกำจัดแร่ธาตุหนักสีย้อมและน้ำมันออกจากน้ำ^{[ 72 ]} เมื่อใช้เป็นสารเติมแต่งในการกรองน้ำ ไคโตซานที่ใช้ร่วมกับการกรองด้วยทรายสามารถกำจัด ความขุ่นได้ถึง 99% ^{[ 73 ]}ไคโตซานเป็นหนึ่งในสารดูดซับทางชีวภาพที่ใช้ในการกำจัดโลหะหนักโดยไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม^{[ 72 ]}

ไคโตซานใช้ในการ ตกตะกอน สาหร่ายในบ่อและทะเลสาบเนื่องจากไซยาโนแบคทีเรียมีผนังเซลล์ที่มีประจุลบซึ่งจับกับพอลิเมอร์ไคโตซานที่มีประจุบวก^{[ 74 ]}

เมื่อใช้ร่วมกับเบนโทไนต์เจลาตินซิลิกาเจลไอซิงกลาสหรือสารตกตะกอน อื่นๆ จะใช้เพื่อทำให้ไวน์เหล้าหมักและเบียร์ ใสขึ้น เมื่อเติมไคโตซานในช่วงท้ายของกระบวนการผลิตเบียร์ จะช่วยปรับปรุงการตกตะกอนและกำจัดเซลล์ยีสต์ อนุภาคผลไม้ และเศษอื่นๆ ที่ทำให้ไวน์ขุ่น^{[ 75 ]}

ไคโตซานมีประวัติการใช้งานมายาวนานในฐานะ สาร ตกตะกอนในการทำไวน์^{[ 76 ] [ 77 ]}ไคโตซานจากแหล่งเชื้อราแสดงให้เห็นถึงกิจกรรมการตกตะกอนที่เพิ่มขึ้น การลดโพลีฟีนอลที่ถูกออกซิไดซ์ในน้ำผลไม้และไวน์ การคีเลตและการกำจัดทองแดง (หลังการถ่ายไวน์) และการควบคุมยีสต์ที่ทำให้เกิดการเน่าเสียอย่างเบรตทาโนไมเซสผลิตภัณฑ์และการใช้งานเหล่านี้ได้รับการอนุมัติให้ใช้ในยุโรปตามมาตรฐาน ของสหภาพยุโรปและ OIV ^{[ 78 ]}

ไคโตซานมีความสามารถในการยึดเกาะกับไฟบริโนเจนซึ่งทำให้ เกล็ด เลือดเกาะติดกันมากขึ้น ส่งผลให้เลือดแข็งตัวและห้ามเลือด^{[ 3 ] [ 79 ] [ 80 ]}ไคโตซานอาจมีคุณสมบัติอื่นๆ ที่เอื้อต่อการรักษาบาดแผล รวมถึงฤทธิ์ต้านแบคทีเรียและเชื้อรา ซึ่งยังอยู่ระหว่างการวิจัยเบื้องต้น^{[ 3 ] [ 81 ]}

ผ้าพันแผลที่มีไคโตซานเป็นส่วนประกอบได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางสำหรับบาดแผลเฉียบพลันและเรื้อรังหลายประเภท ไคโตซานถูกนำมาใช้ในผ้าพันแผลบางชนิดเพื่อลดการตกเลือด^{[ 82 ]}เมื่อสัมผัสกับเลือด ผ้าพันแผลจะเหนียวขึ้น ทำให้ปิดแผลได้อย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 83 ]}

มีหลายวิธีในการนำไคโตซานมาใช้เป็นส่วนผสมในวัสดุปิดแผล:

• ไคโตซานสามารถปั่นเป็นเส้นใยได้โดยตรง ซึ่งสามารถนำไปใช้ทำผ้าพันแผล เช่น ผ้าก๊อซ ตัวอย่างเช่น HemCon OneStop Vascular ซึ่งได้รับการอนุมัติในสหรัฐอเมริกาในปี 2546 ^{[ 82 ]}
• ไคโตซานสามารถนำไปผสมในผ้าทั่วไป เช่น ผ้ากอซ เพื่อสร้างผ้ากอซที่เคลือบด้วยไคโตซานซึ่งมีราคาถูกกว่าเส้นใยไคโตซาน ตัวอย่างเช่น HemCon Guardacare PRO (ChitoGauze ซึ่งได้รับการอนุมัติจาก FDA ในปี 2006) และ Colex Gauze (ซึ่งได้รับการอนุมัติจาก FDA ในปี 2006) ^{[ 82 ]}
• ไคโตซานสามารถนำมาผสมในไฮโดรเจลได้ พบว่าผ้าพันแผลดังกล่าวมีประโยชน์ในการปิดแผลไฟไหม้ และสำหรับการรักษาแผลเรื้อรังจากโรคเบาหวานและแผลไหม้จากกรดไฮโดรฟลูออริก^{[ 3 ] [ 82 ]}

ไคโตซานสามารถนำไปใช้กับบาดแผลโดยตรงเพื่อเป็นสารห้ามเลือด ในรูปแบบเม็ดและผง โดยทั่วไปจะเป็นเกลือที่ได้จากการผสมไคโตซานกับกรดอินทรีย์ (เช่น กรดซัคซินิกหรือกรดแลคติก) ^{[ 84 ] [ 85 ]}ตัวอย่างหนึ่งคือเม็ด Colex ซึ่งได้รับการอนุมัติในสหรัฐอเมริกาในปี 2006 ^{[ 82 ]}

WoundStat (ได้รับการอนุมัติจาก FDA แต่ไม่ทราบวันที่) เป็นเม็ดที่ประกอบด้วยไคโตซานภายในซิลิกา (สเมกไทต์) และกรดโพลีอะคริลิก เป็นการผสมผสานของสารห้ามเลือดเฉพาะที่หลายชนิด ทั้งแร่ธาตุและสารอินทรีย์^{[ 82 ]}

การใช้เกลือกลีเซอรอลฟอสเฟต (ที่มีหัวประจุลบเดี่ยว) โดยไม่ต้องดัดแปลงทางเคมีหรือเชื่อมโยงข้ามสายโซ่ สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติการเกิดเจลที่ขึ้นอยู่กับค่า pH ของไคโตซาน (ดูด้านบน) ให้เป็นคุณสมบัติการเกิดเจลที่ไวต่ออุณหภูมิได้ ในปี 2000 Chenite เป็นบริษัทแรกที่ออกแบบระบบนำส่งยาไฮโดรเจลไคโตซานที่ไวต่ออุณหภูมิ โดยใช้ไคโตซานและเบต้า-กลีเซอรอลฟอสเฟต ระบบใหม่นี้สามารถคงอยู่ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิห้อง ในขณะที่จะกลายเป็นเจลเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นเหนืออุณหภูมิทางสรีรวิทยา (37 °C) เกลือฟอสเฟตทำให้เกิดพฤติกรรมพิเศษในสารละลายไคโตซาน ทำให้สารละลายเหล่านี้ยังคงละลายได้ในช่วงค่า pH ทางสรีรวิทยา (pH 7) และจะกลายเป็นเจลเฉพาะที่อุณหภูมิร่างกายเท่านั้น เมื่อสารละลายไคโตซาน-กลีเซอรอลฟอสเฟตที่มีตัวยาอยู่ภายใน เข้าสู่ร่างกายผ่านการฉีดด้วยเข็มฉีดยา มันจะกลายเป็นเจลที่ไม่ละลายน้ำที่ 37 °C อนุภาคยาที่ถูกกักไว้ระหว่างโซ่ไฮโดรเจลจะค่อยๆ ถูกปล่อยออกมา^{[ 86 ]}

ไคโตซานและอนุพันธ์ได้รับการพัฒนาเพื่อศักยภาพในการใช้งานในวัสดุนาโน กาวชีวภาพวัสดุปิดแผล [ ^{3 ] [ 41 ] ระบบ} นำส่งยาการเคลือบเอนเทอริกและในอุปกรณ์ทางการแพทย์ [ ^{3 ] [ 4 ] [ 87 ] ตัวอย่าง}เช่น อนุภาคนาโนไคโตซานที่ผลิตโดยใช้โซเดียมไตรโพลีฟอสเฟตเป็นตัวเชื่อมขวางมีความเสถียรและเข้ากันได้ทางชีวภาพเพียงพอที่จะใช้เป็นวัสดุนำส่งยา^{[ 88 ]}

วัสดุ ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ ⁽ Bioinspired materials ) ซึ่งเป็นแนวคิดการผลิตที่ได้รับแรงบันดาลใจจากเปลือกหอยมุกเปลือกกุ้ง หรือหนังกำพร้า ของแมลง ^[ 90 ^{] [ 91 ] [ 92 ]}ได้นำไปสู่การพัฒนา วิธี การพิมพ์ชีวภาพ (bioprinting)เพื่อผลิตสินค้าอุปโภคบริโภคขนาดใหญ่โดยใช้ไคโตซาน^{[ 93 ] [ 94 ]}วิธีนี้อาศัยการจำลองการจัดเรียงโมเลกุลของไคโตซานจากวัสดุธรรมชาติไปสู่วิธีการผลิต เช่นการฉีดขึ้นรูปหรือการหล่อขึ้นรูป [ ^{95 ] เมื่อ}ทิ้งแล้ว วัตถุที่สร้างจากไคโตซานจะย่อยสลายได้ทางชีวภาพและไม่เป็นพิษ[ ^{96 ] วิธี}นี้ใช้ในการสร้างและพิมพ์อวัยวะหรือเนื้อเยื่อของ มนุษย์ ^{[ 97 ] [ 98 ]}

วัตถุไคโตซาน ที่มีสีสามารถนำกลับมารีไซเคิลได้[ 99 ] โดยมีตัวเลือกในการนำสีย้อมกลับมาใช้ใหม่หรือทิ้งในแต่ละขั้นตอนการรีไซเคิล ทำให้สามารถนำพอลิเมอร์กลับมาใช้ใหม่ได้โดยไม่ขึ้นอยู่กับสีย้อม [ 100 ] [ 101 ] แตกต่างจากพลาสติกชีวภาพจากพืชชนิดอื่น (เช่น เซลลูโลส แป้ง^{)แหล่งกำเนิด}ตาม^{ธรรมชาติหลักของไคโตซาน}มาจากสิ่งแวดล้อมทางทะเลและไม่แย่งชิงที่ดินหรือทรัพยากรของมนุษย์^{[ 89 ] [ 102 ]}

การพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติของ โครงสร้าง วิศวกรรมเนื้อเยื่อสำหรับการสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะเทียมเป็นอีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ที่ไคโตซานได้รับความนิยม ไคโตซานมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพ สูง ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและมีฤทธิ์ต้านจุลชีพ ห้ามเลือดรักษาบาดแผลและปรับภูมิคุ้มกันซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการสร้างเนื้อเยื่อเทียม^{[ 4 ] [ 103 ] [ 104 ]}

ไคโตซานวางจำหน่ายในรูปแบบเม็ดเป็น "สารจับไขมัน" ^{[ 105 ]} แม้ว่า จะมีการประเมินผลของไคโตซานต่อการลดคอเลสเตอรอล และน้ำหนักตัว แต่ผลดังกล่าวดูเหมือนจะไม่มีหรือมีความสำคัญทางคลินิกน้อย ^{[ 106 ] [ 107 ]}บทวิจารณ์จากปี 2016 และ 2008 พบว่าไม่มีผลอย่างมีนัยสำคัญ และไม่มีเหตุผลให้ผู้ที่มีน้ำหนักเกินใช้ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารไคโตซาน^{[ 106 ] [ 108 ]} ในปี 2015 สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกาได้ออกคำแนะนำสาธารณะเกี่ยวกับผู้ค้าปลีกผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่กล่าวอ้างเกินจริงเกี่ยวกับประโยชน์ในการลดน้ำหนักของผลิตภัณฑ์ต่างๆ^{[ 109 ]}

วัสดุบรรจุภัณฑ์อาหารที่ดีควรสามารถป้องกันจุลินทรีย์ (เพื่อป้องกันการเน่าเสียและโรคที่เกิดจากอาหาร) และป้องกันไม่ให้ออกซิเจนเข้าไป (เพื่อป้องกันการเหม็นหืน) ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ อาจเป็นที่ต้องการที่จะป้องกันไอน้ำไม่ให้ผ่านเข้าไป (เพื่อรักษาความกรอบหรือความชุ่มชื้น) ป้องกันแสงและรังสีอัลตราไวโอเลต และ/หรือทนต่อการใช้งานที่รุนแรง วัสดุที่ทำจากพลาสติกแบบดั้งเดิมนั้นตรงตามเกณฑ์เหล่านี้ แต่ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและก่อให้เกิดปัญหาขยะ ในบรรดาตัวเลือกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ฟิล์มไคโตซานและฟิล์มคอมโพสิตไคโตซานนั้นใกล้เคียงที่สุดที่จะบรรลุเป้าหมายทั้งหมดนี้ ไคโตซานยังมีฤทธิ์ต้านจุลินทรีย์โดยธรรมชาติ ซึ่งอาจเป็นแนวป้องกันเพิ่มเติมต่อจุลินทรีย์ได้^{[ 110 ]}

ไคโตซานกำลังถูกศึกษาในฐานะอิเล็กโทรไลต์สำหรับแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่มีประสิทธิภาพดีและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ต่ำ เนื่องจากการย่อยสลายทางชีวภาพ อย่างรวดเร็ว ทำให้เหลือ สังกะสีที่สามารถนำกลับ มาใช้ใหม่ได้อิเล็กโทรไลต์มีเสถียรภาพทางกายภาพที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิสูงถึง 50 °C เสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้าสูงถึง 2 V เมื่อใช้ขั้วไฟฟ้าสังกะสี และรองรับปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันที่เกี่ยวข้องในระบบอัลคาไลน์ Zn-MnO2 _{ผลลัพธ์}ในปี 2022 มีแนวโน้มที่ดี แต่แบตเตอรี่จำเป็นต้องได้รับการทดสอบในขนาดที่ใหญ่ขึ้นและภายใต้สภาวะการใช้งานจริง^{[ 111 ] [ 112 ] [ 113 ]}

• โครงการวิจัยนานาชาติNano3Bioมุ่งเน้นการผลิตไคโตซานด้วยเทคโนโลยีชีวภาพแบบเฉพาะเจาะจง (ได้รับทุนสนับสนุนจากสหภาพยุโรป)