透明质酸钠
化学物质
透明质酸钠(Sodium Hyaluronate)是透明质酸(Hyaluronic Acid)的钠盐形式,别名玻璃酸钠,化学式为(C14H20NO11Na)n,是一种葡聚糖醛酸,是一种天然多糖,广泛存在于人体的结缔组织、皮肤、眼睛和关节液中。它具有出色的保湿、抗衰老、修复和润滑功能,因此被广泛应用于美容、医学和保健领域。透明质酸钠的分子结构由葡萄糖醛酸和N-乙酰葡萄糖胺交替排列形成,具有极强的吸水能力,每个分子可吸收数百倍于自身重量的水分,从而在保持皮肤水合作用、提升皮肤弹性方面具有显著效果。
化学结构与性质
结构
透明质酸钠是透明质酸的钠盐形式。透明质酸(HA)是一种线性大分子多糖,由 D-葡萄糖醛酸和 N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1,3 和 β-1,4糖苷键交替连接而成。其化学结构使其具有很强的亲水性。分子链上存在大量的羧基和羟基等亲水基团,这些基团能够与水分子形成氢键,从而使透明质酸钠具有良好的保水性能。
物理性质
溶解性:透明质酸钠在水中易溶,形成透明的溶液,因此常用于水基配方中。
外观:透明质酸钠通常是白色纤维状或粉末状固体。它具有高度的黏性,在水溶液中,其溶液的黏度会随着浓度的增加而显著增大。
分子量:高分子量的透明质酸钠更适合长效保湿,低分子量的则更容易被皮肤吸收。
化学性质
可降解性:透明质酸钠是一种可生物降解的物质。在体内,它可以被透明质酸酶降解。透明质酸酶是一种存在于人体多种组织中的酶,能够水解透明质酸钠的糖苷键。这种降解特性使得透明质酸钠在医学应用中具有很大的优势。当透明质酸钠用于组织工程支架时,随着组织的修复和生长,它可以逐渐被降解,为新组织的形成腾出空间,并且其降解产物是一些小分子的糖类等物质,这些产物能够被人体代谢吸收,不会对人体产生不良影响。
pH敏感性:透明质酸钠的溶液性质会受到 pH 值的影响。在酸性环境下,羧基会被质子化,使得分子间的静电斥力减小,分子链可能会发生卷曲,从而导致溶液的黏度下降。相反,在碱性环境中,羧基会电离,分子间的静电斥力增加,分子链更加伸展,溶液的黏度会相应增大。不过,如果pH值过高或者过低,超出一定范围,可能会导致透明质酸钠的化学结构被破坏,例如糖苷键的水解等情况。
与其他物质的相互作用:透明质酸钠可以与多种阳离子发生相互作用。例如,它与金属离子如钠离子(Na+)、钙离子(Ca2+)等结合,这种结合可以影响其溶液的性质。当与钙离子结合时,会在一定程度上改变透明质酸钠的构象和溶液的流变学性质。它还可以和一些蛋白质相互作用。在生物体内,透明质酸钠可以和胶原蛋白等细胞外基质蛋白结合,共同维持组织的结构和功能。在化妆品中,透明质酸钠也可以和其他活性成分相互配合,比如和维生素C等成分一起使用时,能够增强产品的护肤效果。
发展历程
发展初期:1934年,美国哥伦比亚大学眼科教授Karl Meyer等首先从牛眼玻璃体中分离出一种能抓住水分保湿润滑的新型原料,命名为“透明质酸”,也就是后来俗称的“玻尿酸”,然而当时的生产工艺以动物组织提取法为主,成本昂贵,价格比黄金还要贵十几倍,在一定程度上限制了玻尿酸的应用。
快速发展期:1985年,日本化妆品公司资生堂成功采用微生物培养法制备玻尿酸,大大降低了玻尿酸的制作成本,使规模化生产成为可能,极大地拓宽了玻尿酸的应用场景,加速了玻尿酸行业的发展。
稳定发展期:从2010年开始,玻尿酸生产工艺逐渐成熟,再次向上迈出一个台阶,阳离子HA、酶切低分子HA、乙酰化HA等玻尿酸衍生产品的出现,使玻尿酸在各个领域的应用愈加广泛。不同用途的玻尿酸,在制备技术、提纯方法、产品性能等方面均有所区别。
原理
透明质酸钠起到组织润滑剂的作用,被认为在调节相邻组织之间的相互作用中起重要作用。它在水中形成粘弹性溶液。溶液的高粘度为组织(虹膜、视网膜)和细胞层(角膜、内皮和上皮)提供机械保护。溶液的弹性有助于吸收机械应力并为组织提供保护性缓冲。在促进伤口愈合方面,人们认为它充当保护性运输工具,将肽生长因子和其他结构蛋白带到作用部位。然后酶促降解并释放活性蛋白质以促进组织修复。
功效与作用
提高药效性
HA是构成人体细胞间质、眼玻璃体、关节滑液等结缔组织的主要成分,具有在体内发挥保水、维持细胞外空间、调节渗透压、润滑、促进细胞修复的特性。作为眼用药物的载体,其通过增加滴眼液的黏度延长药物在眼表面的滞留时间,提高药物的生物利用度,减轻药物对眼的刺激性。
辅助治疗作用:可直接注射进入关节腔内,作为润滑剂,用于关节炎的治疗。保湿性透明质酸钠在皮肤组织中的保湿作用是其最重要的生理功能之一,充足的水分使肌肤光滑、细腻。HA在低相对湿度(33%)下吸湿量最高,在高相对湿度(75%)下吸湿量最低,正适合皮肤在不同季节,不同环境湿度下对化妆品的保湿需求,且无油腻感和阻塞毛孔的感觉。
抗皱性
皮肤的湿润水平与透明质酸含量密切相关,随着年龄的增长,皮肤中透明质酸含量下降,使皮肤保水功能减弱,产生皱纹。透明质酸钠水溶液具有较强的黏弹性润滑性,涂于皮肤表面,可形成一层保湿透气膜,保持皮肤滋润亮泽。小分子透明质酸能渗透到真皮层,促进血液微循环,有利于皮肤对营养物质的吸收,起到美容抗皱的保健作用。
透明质酸钠属于高分子聚合物,涂抹时润滑感明显,手感良好,大分子在皮肤表面形成一层透气的薄膜,使皮肤光滑湿润,阻隔外来细菌、粉尘等侵入,小分子透明质酸钠能渗入真皮,具有轻微扩张毛细血管,增加血液循环、改善中间代谢、促进皮肤营养吸收,达到润滑、饱满之功效。
防晒与皮肤损伤修复作用 在皮肤表面可消除阳光中紫外线照射所产生的活性氧自由基,保护皮肤免受紫外线的伤害,同时也可通过促进表皮细胞的增殖和分化,促进受伤部位的皮肤再生。
保湿作用
透明质酸钠在低相对湿度下的吸湿量较高,而在高相对湿度下的吸湿量较低。这种独特的性质,正适应皮肤在不同季节,不同环境湿度下,如干燥的冬季和潮湿的夏季,对化妆品保湿作用的要求。透明质酸钠的保湿性与其质量有关,质量越高,保湿性能越好。透明质酸钠作为保湿剂较少单独使用,常与其他保湿剂配合使用。
营养作用
透明质酸钠是皮肤固有的生物物质,外源性的透明质酸钠是对皮肤内源性透明质酸钠的补充。质量较小的透明质酸钠可渗入皮肤表皮层,促进皮肤营养的供给和废物的排泄,从而防止皮肤老化,起到美容和养颜作用。皮肤的保养重于其他化妆,已成为现代人望养颜意识。
修复和预防
皮肤受到阳光暴晒所引起的光灼伤或日炙,如皮肤变红、变黑、脱皮等,主要是阳光中的紫外线的作用。透明质酸钠通过促进表皮细胞的增殖和分化,以及清除氧自由基的作用,可促进受伤部位皮肤的再生,事先使用也有一定预防作用。其作用机理与防晒霜中常用的紫外线吸收剂不同,因此,在防晒护肤品中ha与紫外线吸收剂混合使用,具有协同作用,可同时减少紫外线的透过和对透过的少量紫外线所造成的皮肤损伤进行修复,起到双重保护作用。
将透明质酸钠、egf肝素配合使用,可加速表皮细胞的再生,使皮肤细嫩光滑,富有弹性。皮肤遭受轻度的烧烫伤时,表面涂抹含透明质酸钠的水剂化妆品可减轻疼痛,加速受伤部位皮肤的愈合。
润滑和成膜性
透明质酸钠属于高分子聚合物,具有很强的润滑感和成膜性。含透明质酸钠的护肤品涂抹时润滑感明显,手感良好。涂于皮肤后,可在皮肤表面形成一层薄膜,使皮肤产生良好的光滑感和湿润感,对皮肤起到保护作用。含有透明质酸钠的护发品,可在头发表面形成一层薄膜,起到保湿、润滑、护发、消除静电等作用,使头发易于梳理、飘逸自然。
增稠性
透明质酸钠在水溶液中具有很高的粘度,其1%的水溶液呈凝胶状,添加在化妆品中可起增稠和稳定作用
药理作用
透明质酸钠广泛存在于动物和人体的生理活性物质,在人皮肤、关节滑膜液、脐带房水及眼玻璃体中均有分布。分子量为500000~730000道尔顿,其溶液具有高黏弹性及仿形性,为眼科手术的辅助剂,药液注入前房后维持一定的眼前房深度,便于手术操作,并有保护角膜内皮细胞及眼内组织,减少手术并发症,促进伤口愈合的作用。
透明质酸钠为第四代仿生化妆品添加剂。于1934年被KARL MEYER从牛眼玻璃体中发现,它是从牛眼玻璃体中提取的一种大分子多糖。具有抗衰老和保鲜包装和采用生物技术三大特点。 透明质酸钠本身是人体皮肤的构成之一,是人体内分布最广的一种酸性黏糖,存在于结缔组织的基质中,具有良好的保湿作用。
生产工艺
1. 高分子量透明质酸制备技术(2,400-2,600 kDa、3,000-3,500 kDa、 3,500-4,000 kDa)
制备高分子量透明质酸的技术要点包括:发酵阶段产生高分子量的透明质酸,其技术难点在于菌株选用、培养基选择以及生产工艺参数的设定;在分离提纯阶段需尽可能降低对分子量的破坏,其技术难点在于工艺的选择、过程参数的控制等。高分子量的透明质酸(如超过 2,000 kDa)具有更好的黏弹性、内聚性和成膜性,适用于眼科黏弹剂等医疗产品。
2. 低分子量透明质酸制备技术(2-5 kDa、 5-10 kDa、 30-50 kDa、 200-400 kDa)
降解是利用高分子量透明质酸制备低分子量透明质酸的常用技术。寡聚透明质酸(分子量低于 10 kDa)具有高吸收率的特性且易于渗透到真皮层中,具有促进损伤修复、提供细胞保护等作用,有广阔的医学和化妆品应用前景[15]。
应用领域
化妆品与护肤品
透明质酸钠能够吸收大量水分,其分子可结合自身重量数百倍的水,在皮肤表面形成一层透气的保湿膜,减少皮肤水分的经皮流失,为皮肤提供持久而深层的保湿效果,使皮肤长时间保持水润、光滑、细腻。广泛添加于各类护肤品中,如乳液、面霜、精华液、面膜等,是许多保湿产品的核心成分之一。不同分子量的透明质酸钠在保湿方面也有不同效果,小分子透明质酸钠能够渗透到真皮层,促进皮肤内部的水分循环,从内而外提升皮肤的含水量。
透明质酸钠可以促进皮肤细胞的增殖和分化,加速受损组织的修复和重建,帮助恢复皮肤的屏障功能,增强皮肤的抵抗力,减少外界环境对皮肤的损害,如抵御紫外线、污染物等对皮肤的伤害.常用于针对受损肌肤或敏感性肤质的护肤品中,如舒缓修复霜、敏感肌专用乳液等,能够缓解皮肤发红、瘙痒、刺痛等不适症状,改善皮肤的敏感状态,使皮肤更加健康、稳定.
随着年龄增长,皮肤中透明质酸含量下降,导致皮肤保水功能减弱,产生皱纹。透明质酸钠可增加皮肤水分含量,改善皮肤弹性和保水性,其水溶液具有较强的黏弹性和润滑性,涂于皮肤表面可形成保湿透气膜,保持皮肤滋润亮泽,从而减少皱纹的出现。此外,小分子透明质酸还能渗透到真皮层,促进血液微循环,有利于皮肤对营养物质的吸收,进一步增强抗皱效果。常见于抗衰老的精华液、抗皱霜、眼膜等产品中,通过长期使用,有助于淡化面部的细纹和皱纹,提升皮肤的紧致度,使皮肤看起来更加年轻、有活力。
医学领域
干眼症治疗
干眼症是由于泪液分泌不足或蒸发过快等原因导致眼表干燥、损伤的疾病。透明质酸钠滴眼液能够补充眼表的水分,在眼表形成一层保湿的凝胶状膜,增加泪膜的稳定性,从而减少眼睛的干涩感、异物感等不适症状。它的亲水性可以吸收并保留水分,为眼表细胞提供一个湿润的环境。透明质酸钠是治疗干眼症的常用药物之一,使用频率和剂量根据病情的严重程度而定。一般轻度干眼症患者可能每天使用3-4次,每次1-2滴;严重患者可能需要增加使用次数。长期使用可以显著改善患者的眼部舒适度,提高生活质量。
眼科手术辅助
在白内障手术中,透明质酸钠可以填充在角膜和晶状体之间的前房空间,维持前房的深度。这有助于手术器械的操作,避免器械接触和损伤角膜内皮细胞等重要组织。其黏性和凝胶状特性可以起到缓冲作用,防止术中眼压的急剧变化。在角膜移植过程中,透明质酸钠可以保护供体角膜内皮细胞,减少手术操作过程中的机械损伤。同时,它还能帮助供体角膜更好地贴合在受体眼床上,提高移植的成功率。
食品与保健品
改善口感与品质:透明质酸钠具有很强的吸水性和保水性,添加到食品中能够保持食品的水分,防止其干燥和变质,延长食品的保质期。它还可以改善食品的质地和口感,增加食品的黏稠度和滑润感,使食品更加细腻、柔软、有弹性,提升食品的整体品质。例如在酸奶中添加透明质酸钠,可以使酸奶更加浓稠、口感更加醇厚;在果冻中使用,能让果冻更加 Q 弹、有嚼劲。
作为保湿剂:像在烘焙食品中,如面包、蛋糕等,透明质酸钠可以保持产品的水分,使其更加松软、湿润,延缓面包的老化速度,延长货架期。对于一些需要保持新鲜度和口感的食品,如水果切片、肉类制品等,透明质酸钠也能起到很好的保湿作用,减少水分流失,保持食品的原有风味和口感。
增加稳定性:在饮料中,透明质酸钠可以作为增稠剂和稳定剂,防止饮料中的成分沉淀和分层,使饮料更加均匀、稳定。例如在一些果汁饮料、茶饮料中添加透明质酸钠,能够提高饮料的稳定性,保持其外观和口感的一致性。
药物递送系统
皮下注射和肌肉注射:对于一些蛋白质类药物或疫苗,透明质酸钠可以作为辅料与药物混合后进行皮下或肌肉注射。在注射部位,透明质酸钠能够形成一个局部的药物储存库,缓慢释放药物,从而延长药物的吸收过程。例如,在胰岛素注射制剂中添加透明质酸钠,可使胰岛素缓慢释放,模拟生理状态下胰岛素的分泌过程,更好地控制血糖水平。
静脉注射:当通过静脉注射给药时,透明质酸钠包裹的药物可以在血液循环中保持相对稳定。其亲水性和胶体性质有助于防止药物被血液中的酶快速降解,同时可以避免药物在血管壁上的非特异性吸附。例如,一些化疗药物经过透明质酸钠包裹后,能够减少对血管内皮细胞的损伤,并且在到达肿瘤组织后,通过与肿瘤细胞表面受体的结合,实现药物的靶向递送。
眼部给药:在眼部疾病治疗中,局部滴眼是一种常见的给药方式。透明质酸钠作为眼部药物递送载体,能够增加药物在眼表的停留时间。其高黏度的特性可以使药物在眼表形成一层保护膜,减少泪液的冲刷作用,从而提高药物的生物利用度。例如,对于治疗青光眼的药物,使用透明质酸钠作为载体可以延长药物与眼部组织的接触时间,增强药物的降眼压效果。
鼻腔给药:鼻腔黏膜具有丰富的血管和淋巴管,是药物吸收的良好途径。透明质酸钠可以作为鼻腔给药的载体,提高药物在鼻腔黏膜的附着和渗透能力。其亲水性有助于药物溶解在鼻腔分泌物中,同时能够防止药物过快地被鼻腔黏膜清除。例如,对于一些治疗脑部疾病的药物,通过鼻腔给药并利用透明质酸钠作为载体,可以使药物绕过血脑屏障,直接进入脑组织,提高药物的治疗效果。
农业应用
种子包衣:透明质酸钠具有良好的保湿性和黏性,可用于种子包衣。包衣后的种子能够在土壤中更好地保持水分,提高种子的发芽率和成活率,尤其在干旱或半干旱地区,这种作用更为显著。此外,它还可以作为营养物质和植物生长调节剂的载体,缓慢释放这些物质,为种子萌发和幼苗生长提供持续的养分供应,促进幼苗的健壮生长。
植物组织培养:在植物组织培养过程中,添加透明质酸钠可以改善培养基的物理性质,增加培养基的黏度和保湿性,有利于植物组织的固定和营养物质的缓慢释放,为植物组织的生长和分化创造更适宜的环境,提高组织培养的成功率和幼苗的质量。
土壤改良:透明质酸钠能够吸收大量的水分,施用于土壤中可以增加土壤的保水性,减少水分的蒸发和流失,提高土壤的含水量。同时,它还可以促进土壤团聚体的形成,改善土壤的结构和通气性,有利于植物根系的生长和发育,提高土壤的肥力和可持续利用性。
植物保护:透明质酸钠可以作为一种天然的植物保护剂,在植物表面形成一层保护膜,减少水分的散失,防止植物受到干旱胁迫。此外,这层保护膜还可以阻挡病原菌和害虫的入侵,降低植物病虫害的发生几率,起到一定的物理防御作用。
农产品保鲜:由于透明质酸钠具有良好的保湿和保鲜性能,可用于农产品的保鲜处理。
参考资料
最新修订时间:2024-12-16 19:01
目录
概述
化学结构与性质
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