短直链淀粉自组装纳米颗粒形成机理与多酚类物质多元运载体系的构建

In this project, a natural polymer-starch will be used as study material to comprehensively investigate the formation mechanism of starch nanoparticles. The study is based on self-assembly and manipulation of short-chain amylose with the target of establishing stable and intelligent release polyphenols nano-multiple delivery systems. This project will explore the rules and mechanisms of nucleation and crystal growth by using in situ cryo-transmission electron microscope, small angle scattering and so on, and establish nanoparticle formation dynamic model based on molecular simulation technology. Four types of polyphenols nano-multiple delivery systems such as encapsulation, adsorption, encapsulation-adsorption complex and double sensitive to pH and amylase types will be self-assembly established. This project will explore interaction mechanisms among starch nanoparticles, emulsifiers and polysaccharides (proteins) and the effect of components proportions, molecular structure and charge on the polyphenols loading capacity, stability, adsorption kinetics, antioxidant activity and rules of release. This is aimed to reveal the mechanisms of controlled release of carrier systems and activity of nano-carrier on polyphenols. The in vitro and in vivo releasing properties of polyphenols and their releasing mechanisms will be also determined. All of these researches are aimed to increase the stability and bioavailability of polyphenols.

本项目以天然高分子淀粉为研究对象，以短直链淀粉分子自组装、功能化为基础，以构建稳定的、智能释放型多酚类多元纳米运载体系为导向，对淀粉纳米颗粒形成机理及运载体系中各组分与载体特性的构效关系和释放机理等基础科学问题进行系统研究。项目借助原位冷冻透射电镜、小角X散射等对晶核形成、生长规律和机理进行研究，利用分子仿真技术建立纳米颗粒形成动力学模型。采用自组装法构建包埋、吸附、包埋-吸附复合、pH值和淀粉酶双敏感等四种类型多酚类多元纳米运载体系，探究纳米颗粒与乳化剂、多糖（蛋白）等相互作用机制。阐释组分比例、分子结构、电荷对体系中多酚的装载率、稳定性、吸附动力学、抗氧化活性影响及释放规律，揭示体系控释机理及纳米载体对多酚活性的作用机制。并结合体内外实验建立多酚释放动力学模型，提高多酚类活性物质的稳定性和生物利用率。

多酚类物质作为植物天然活性物质，近年来受到人们的广泛关注。但酚类物质存在稳定性差和吸收率低等问题。纳米材料载体是一种新兴的装载活性成分的体系，有可能解决这一问题。本项目以短直链淀粉分子自组装、功能化为基础，对淀粉纳米颗粒（SNPs）形成机理及运载体系中各组分与载体特性的构效关系和释放机理等基础科学问题进行系统研究。研究发现短直链淀粉自组装形成纳米颗粒主要分为两个阶段：第一，游离在水溶液中的短直链分子通过氢键形成双螺旋结构；第二，双螺旋结构彼此靠近，形成SNPs。. 此外，分别以马铃薯淀粉和蜡质玉米淀粉为原料制备短直链淀粉，以十二烷基磺酸钠（SDS）、吐温80和斯盘80三种不同的乳化剂为例，探究了乳化剂对短直链淀粉形成纳米颗粒的影响。我们发现，SDS和吐温80具有极强的亲水性，它们很容易吸附到晶核的表面从而减少晶核之间的聚集，形成较小的SNPs。同时，我们构建了多酚多元包埋、吸附运载体系。主要以儿茶素、表儿茶素、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）和原花青素进行了SNPs多酚多元包埋吸附体系的研究。SNPs对多酚的吸附符合准二级吸附动力学。此外，在四种多酚中，EGCG具有最大的表观结合常数（771 μg/mg），这是因为其含有额外的没食子酸基团，它与SNPs具有更强的吸附性。这也表明在SNPs吸附多酚的过程中，没食子酸基团是至关重要的。. 进一步利用离子凝胶法制备了含有低甲氧基果胶或κ-卡拉胶的阳离子化SNPs并探究了对EGCG包埋释放。EGCG的浓度为0.5 mM，游离的EGCG在模拟胃液和模拟肠液中快速释放。但是通过SNPs对EGCG进行包埋后，EGCG表现出缓释性和较低的爆发性释放。细胞毒性实验发现，SNPs-多酚传递系统几乎没有细胞毒性。我们的研究揭示了多酚与SNPs的作用机理并阐明运载体系的构建对多酚活性的影响，对活性物质或药物载体的研究具有十分重要的现实意义。