- 封面故事
- 2016年
- 553期－幾丁質大革命（1月號）
文章專區
2016-01-01用幾丁質製造奈米纖維！
553 期
Author 作者
蔡敏郎。葉文燕。江宛柔。
幾丁質（chitin）是自然界中含量第二豐富的多醣類，僅次於纖維素。幾丁質存在於節肢動物、軟體動物和蕈類中，同時為奈米級的纖維材料（直徑小於100nm且長徑比大於100）並具有優異的性質。但是，因幾丁質不能溶解於水和一般的有機溶劑，大大限制其應用，使得大部分的幾丁質原料（主要是蝦殼及蟹殼）常被當作廢棄物而丟棄。因此，如何有效的利用這些生物資源，是非常重要的課題。
因為生物體中的幾丁質纖絲（chitin fibrils）彼此藉由大量的氫鍵緊密結合，故通常很難將其轉換成幾丁質奈米纖維（chitin nanofiber）。為了達成上述目的，需去除蝦殼或蟹殼中的蛋白質、礦物質和色素後， 再使用機械拆卸法（mechanical disassembly）、化學修飾法（chemical modification）和靜電紡絲法（electrospinning）等處理方法，才可得到幾丁質奈米纖維。在pH值3~4的條件下，纖維表面上的胺基會質子化，使分子鏈帶正電，並藉由靜電斥力幫助幾丁質奈米纖維化。
將幾丁質原料製備成幾丁質奈米纖維後，增加了許多優異的特性，如尺寸小、高表面積體積比、高機械強度、高水分散性、高黏度、低密度、低熱膨脹率、傷口癒合特性、廣泛的可利用性和再生性、易於化學修飾等。因此，幾丁質奈米纖維具有很大的應用潛力。
幾丁質在甲殼中的分層組織
幾丁質的組成單位為N-乙醯葡萄糖胺，分子結構中具有兩個活性羥基（-OH）和一個乙醯胺基（-NHCOCH3），容易形成分子間和分子內氫鍵，使幾丁質呈高度結晶狀，並具有2種不同的晶體結構，分別為α及β型。α-幾丁質主要存在於蝦、蟹、昆蟲等甲殼類的外殼中，分子鏈以反向平行（antiparallel）的方式排列，具有許多的分子間氫鍵。β-幾丁質則存在於魷魚軟骨及管蟲（tubeworms）中，以同向平行的方式排列，由於此立體結構排列較鬆散，分子間的氫鍵相對於α-幾丁質少，故β-幾丁質較容易溶解於某些溶劑中、反應活性較大，也較容易被酵素降解。......【更多內容請閱讀科學月刊第553期】