摘要硒(Selenium, Se)是一种人体必需的营养素,具有良好的生物学功能。而硒的“营养——毒性”剂量范围窄,精准补硒成为全球面临的重要挑战之一。纳米硒(Selenium nanoparticles, SeNPs)是一种新型的补硒剂,具有较高的抗氧化能力以及较低的毒性,但口服 SeNPs 在肠道内会受到肠黏液层的阻滞,影响其渗透、吸收效率。黏蛋白是黏液的关键结构性成分,SeNPs的黏液渗透性受到其与黏蛋白之间的相互作用影响,但其影响机制复杂,且目前缺乏相关研究,极大地限制了纳米硒安全的应用。本文采用四种不同分子量及带有不同功能基团的多糖(Polysaccharide,PS),成功制备了四种多糖纳米硒(PS-SeNPs),即壳寡糖纳米硒(COS-SeNPs)、壳聚糖纳米硒(CS-SeNPs)、壳聚糖季铵盐纳米硒(HACC-SeNPs)和羧甲基纤维素纳米硒(CMC-SeNPs),并对四种 PS-SeNPs 与黏蛋白的相互作用和黏液渗透行为及机制进行了研究和验证。主要研究内容及结论如下:<br> (1)分别制备四种PS-SeNPs,并对其粒径、电位、亲疏水性等物化结构进行表征。采用红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱等分析PS与SeNPs的结合方式,借助透射电镜、纳米粒度仪、接触角测量等表征PS-SeNPs的形貌、粒径、电位、亲疏水性等基本理化性质。结果表明,所有PS-SeNPs均呈分布均匀的球形,实际粒径均小于100 nm。PS与SeNPs之间通过Se···O-H及 Se···N-H氢键作用从而形成具有共轭结构的PS-SeNPs。PS-SeNPs的表面电荷及亲疏水性很大程度上由PS的表面电荷及亲疏水性决定,其中COS-SeNPs、CS-SeNPs及HACC-SeNPs带正电,电位值分别为32.2 ± 0.1 mV、62.5 ± 1.5 mV及56.3 ± 0.3 mV, CMC-SeNPs 带负电,电位值为-32.0 ± 1.1 mV。PS-SeNPs 的疏水性从大到小依次为HACC-SeNPs、CS-SeNPs、CMC-SeNPs、COS-SeNPs。综上,由于四种多糖的功能基团及分子量不同,所制备出的四种PS-SeNPs表面电荷及亲疏水性有所差异。<br> (2)从结构、热力学、动力学角度,探究 PS-SeNPs与黏蛋白之间相互作用的机制。利用透射电镜、浊度、纳米粒度仪、红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、流变仪、等温滴定量热、分子动力学模拟等手段综合分析 PS-SeNPs 与黏蛋白之间的宏观及微观相互作用。结果表明,PS-SeNPs 与黏蛋白的相互作用受黏液pH及PS-SeNPs的表面电荷性质与电荷量的影响。PS-SeNPs与黏蛋白的非共价化学作用在pH 5.2条件下比在pH 7.4条件下更强,且黏蛋白网络交联程度更大,尺寸排阻效应及相互作用效应同时增强。在pH 7.4条件下,所有PS-SeNPs与黏蛋白的作用均由疏水相互作用主导;而在pH 5.2条件下,带正电的PS-SeNPs 与黏蛋白的作用由静电相互作用主导,带负电的 PS-SeNPs 与黏蛋白的作用由疏水相互作用主导。同为带正电颗粒,HACC-SeNPs 比 COS-SeNPs、CS-SeNPs的质子化程度更高,与黏蛋白的作用更强。综上,PS-SeNPs的表面电荷可调控PS-SeNPs与黏蛋白的相互作用主导力,且该调控作用在不同的pH环境下有差异。<br> (3)采用体外黏液模型-细胞模型-动物模型,多维度研究并验证PS-SeNPs的黏液渗透行为。利用体外黏液模型表征PS-SeNPs的表观渗透系数,在Caco-2/HT29-MTX-E12细胞共培养模型下验证其渗透,进一步借助动物离体组织荧光成像及切片成像观察颗粒滞留情况,对颗粒渗透情况进行体内外验证。结果表明,在体外黏液及细胞模型中,CS-SeNPs、HACC-SeNPs 及 CMC-SeNPs 在 pH 7.4条件下的渗透强于pH 5.2条件下的渗透,而COS-SeNPs在pH 7.4条件下的渗透弱于pH 5.2条件下的渗透。多粒子示踪、三维层扫及体内外渗透实验均表明,与其他PS-SeNPs 相比,HACC-SeNPs在pH 7.4及pH 5.2条件下与黏液吸附性最强,黏液渗透性最佳,HACC-SeNPs的黏液吸附可能促进其黏液渗透。根据扩散模型的预测,PS-SeNPs在10μm 厚度的黏液层中渗透24 h的渗透率将达87%以上,在100 μm 厚度的黏液层中渗透72 h的渗透率将在36% ~ 67%左右。综上,黏液环境pH的降低抑制颗粒渗透,颗粒表面的正电荷量对颗粒在黏液中的渗透有促进作用。
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