纳米粒子具有多种功能,在生物医药领域的应用日益引人注目。但是,纳米粒子比表面积较大,具有高的表面自由能,非常容易聚集,严重制约了它的应用。尤其,在生物医用领域,纳米粒子的聚集大大降低了它的生物利用度,化学修饰和各种分散方法也给纳米粒子带来生物毒性。因此,为了有效地利用纳米粒子的优异性能,需要综合考虑纳米粒子的合成路径、大小形状以及溶解分散等方面以减少纳米粒子的生物毒性,提高它的生物利用度。在纳米粒子的制备和分散方法中也要避免用毒性较高的小分子,比如硫醇、阳离子表面活性剂等。采用生物大分子分散纳米粒子是较理想的方法,它不仅能很好地分散纳米粒子,而且大大提高了纳米粒子的生物相容性。香菇多糖作为一种带支链的三螺旋多糖,具有良好的水溶性,而且还显示抗肿瘤、抗炎症和免疫调节等多种生物活性。它的多羟基结构提供了大量与纳米粒子结合的位点,尤其香菇多糖三螺旋结构破坏后能够复性形成具有疏水空腔的三螺旋结构,为分散疏水的纳米粒子提供了空间位置。因此,本论文以三螺旋香菇多糖为模板,通过三螺旋结构的变性-复性过程,构建香菇多糖纳米复合物,并研究它们的结构和生物功能,为分散纳米粒子及其应用提供新的思路和方法。本论文的主要创新包括以下几点：(1)首次用香菇多糖还原制备不同粒径和形状的金纳米粒子,并通过疏水作用诱导金纳米粒子进入复性三螺旋结构的疏水空腔,形成线性金纳米粒子/香菇多糖复合物;·(2)证明金纳米粒子/香菇多糖复合物具有选择性杀死肿瘤细胞的能力,对正常细胞显示无毒性,并初步探索其诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制；(3)基于三螺旋香菇多糖变性-复性过程成功制备了硒纳米粒子/香菇多糖复合物,并阐明硒纳米粒子和香菇多糖复合物的稳定性和分散机理；(4)阐明硒纳米粒子的粒径分布对硒纳米粒子/香菇多糖复合物抗肿瘤活性的影响,揭示其抗肿瘤机制；(5)成功地用三螺旋香菇多糖单链缠绕羧基化和氨基化单壁碳纳米管,提供一种既能改善碳纳米管在水中的分散性,又能减少碳纳米管细胞毒性的新方法。本论文主要研究内容和结论简述如下。我们提出一种在水溶液中合成和分散金纳米粒子(AuNPs)的“绿色”方法。成功地用高温(140℃)变性得到的三螺旋香菇多糖单链(s-LNT)将Au3+还原合成AuNPs,揭示香菇多糖的还原性。实验证明,Au3+的还原依赖于s-LNT浓度、反应时间和反应温度。较高的多糖浓度和反应温度能加快形态规整的AuNPs的合成,延长反应时间也能促使球状AuNPs的形成。金在低s-LNT浓度时形成纳米带结构,而在相对较高s-LNT浓度下形成球状AuNPs。在高s-LNT浓度的情况下,AuNPs被诱导紧密排列在复性的三重螺旋LNT(r-LNT)疏水空腔内,形成稳定的纳米线复合物(Au/r-LNT)。 AuNPs与s-LNT的羟基基团之间的相互作用和AuNPs被包裹进r-LNT的疏水空腔都促成它在水溶液中的稳定分散。并且,通过控制s-LNT浓度、反应时间和温度,可得到不同形状的金纳米复合物,如纳米带、球状AuNPs和纳米线,s-LNT既是还原剂也是优异的稳定剂。在整个反应过程中,没有使用任何有机或有毒物质,并且在水溶液进行氧化还原反应。因此,这种方法非常“绿色”和安全,为AuNPs在生物医用领域中的应用提供了重要科学依据。通过细胞实验探讨了金纳米粒子/香菇多糖复合物(Au/r-LNT)的细胞毒性、抗肿瘤活性及作用机制。结果证明,Au/r-LNT显著抑制Hela肿瘤细胞的增殖而对正常细胞RAW264.7没有毒性；三螺旋香菇多糖(t-LNT)和AuNPs不能诱导RAW264.7和Hela肿瘤细胞产生ROS,而Au/r-LNT诱导细胞分泌大量ROS,且诱导Hela中瘤细胞凋亡。Hela细胞对产生的大量ROS不敏感,不能及时清除ROS, Au/r-LNT诱导细胞内GSH/GSSG值降低、线粒体损伤和凋亡蛋白酶caspase-9活化。由此提出Au/r-LNT抗肿瘤机制为:Au/r-LNT刺激细胞产生ROS,肿瘤细胞抗氧化能力较弱,不能及时清除ROS；而正常细胞抗氧化能力较强,可以及时清除细胞内过高的ROS；肿瘤细胞内长时间维持过高的ROS,导致线粒体过氧化损伤,线粒体内膜通透性增加,释放细胞色素C,进一步激活凋亡蛋白酶caspase-9,最终导致肿瘤细胞凋亡,实现抗肿瘤作用。基于三螺旋香菇多糖变性-复性特点,在氧化还原体系中分散制备得到硒纳米粒子／香菇多糖复合物(Se/r-LNT)。通过TEM、EDX、红外光谱(FT-IR)、动态光散射(DLS)和粘度法研究Se/r-LNT纳米复合物的结构、形成过程和稳定性。结果表明,用三螺旋香菇多糖单链(s-LNT)作为分散试剂成功制备得到粒径大约28nm的硒纳米粒子(SeNPs)。SeNPs与LNT的-OH之间相互作用形成Se---O-H长程相互作用。s-LNT链上的大量活性羟基可以吸附亚硒酸根离子。在反应初期,糖链可以提供反应位点；而在反应后期,复性的三螺旋香菇多糖(r-LNT)通过包裹SeNPs防止其进一步聚集。整个反应过程非常简单绿色,并且LNT是一种具有免疫调节活性生物大分子。因此,这种方法合成得到的Se/r-LNT具有非常好的生物相容性,在生物医用领域具有应用前景。通过调节亚硒酸根的还原速度,成功制备了不同尺寸分布的Se/r-LNT复合物。通过动态光散射及透射电镜检测复合物粒径分布以及SeNPs平均粒径。体外活性实验证明,随着SeNPs粒径减小,分散越均匀,其抗肿瘤活性越好。保持硒含量不变,用不同粒径分布的Se/r-LNT孵育Hela细胞。结果表明,平均粒径越小,能刺激细胞能产生更多的ROS；细胞内线粒体受到的氧化损伤就越大,跨膜电位处于低电位状态的比例也最大。不同复合物对肿瘤细胞周期的影响表明,大尺寸的SeNPs并不能起到杀死肿瘤细胞的作用,而粒径较小、分散比较好的SeNPs对Hela细胞凋亡的影响更加显著。用浓硝酸处理单壁碳纳米管(SWNT)得到羧基化碳纳米管(SWNT-COOH),进一步用十八胺修饰得到氨基化碳纳米管(SWNT-NH2)。通过透射电镜观察,证明羧基化和氨基化碳管能被s-LNT缠绕分散,与未修饰的SWNT相比分散性显著提高：SWNT预分散性最差,与s-LNT复合后得到的仍是聚集体；SWNT-COOH预分散较好,得到了单根以及束状的复合物；分散性最好的SWNT-NH2与s-LNT复合后得到更多单根碳管；s-LNT在复性过程中主要通过螺旋缠绕在碳管周围形成复合物达到分散目的。体外细胞活性实验证明,共价键衍生化虽能改善SWNT的分散性,但也会增加SWNT的细胞毒性；而用s-LNT缠绕分散毒性较大的SWNT衍生物不仅能更好地分散SWNT,并且大大降低它的细胞毒性。上述基础研究成果提出制备不同纳米粒子／香菇多糖复合物的方法,为分散纳米粒子提供了简单、安全、生物相容性好的有效方法。同时,研究了复合物的抗肿瘤活性、细胞毒性和作用机制,为纳米粒子在生物医药领域提供了重要科学依据,具有重要的学术价值和应用前景。