20世纪以来,大分子自组装一直是高分子科学研究的热点之一。自组装基元从最初的嵌段共聚物发展到非共价共聚物、支化或无规等非嵌段不规则大分子。制备的组装体在传感涂层、纳米反应器、药物控释、仿生自组装、生物医学等领域被广泛应用。随着大分子自组装研究工作的不断深入,组装基元也逐渐丰富,发展了多组分复合组装及多级组装,使大分子组装研究趋于功能化。近年来,自组装纳米粒子因结构可控、且具有表面活性,可作为颗粒乳化剂二次组装在油-水界面稳定Pickering乳液,此应用被科学研究者广泛关注。颗粒乳化剂的研究热点主要集中在无机纳米粒子,有机-无机杂化纳米粒子和微凝胶等领域。2005年,Fujii等人首次将嵌段共聚物自组装纳米粒子二次组装在油-水界面,得到稳定Pickering乳液。在此基础上,我们课题组开展了以双亲性无规共聚物自组装纳米粒子稳定Pickering乳液的研究;系统研究了无规共聚物链序列结构、化学改性及环境刺激(pH、盐浓度、温度、UV辐射)等对大分子组装纳米粒子结构及其乳液性能的影响;提出了大分子自组装纳米粒子在油水界面稳定乳液的机理。但是,以上用于稳定Pickering乳液的自组装纳米粒子多来自于合成的双亲性共聚物,存在生物相容性差和细胞毒性等问题,限制了其在食品、化妆品和生物医药领域的应用。由此,我们设想能否利用生物基自组装纳米粒子稳定Pickering乳液?生物大分子来源于生物,具有良好的生物相容性和生物可降解性,在食品、医药及化妆品等领域具有良好的应用前景。但生物大分子多亲水,在一定程度上限制了其应用范畴。能否对生物大分子疏水改性,赋予其双亲性及可组装性并进一步加以应用?酶的固定及保活一直是生物领域研究的热点。大多数酶对环境较为敏感,当环境的pH、盐浓度及温度等改变时,酶分子的二级、三级结构会发生变化,导致酶失去活性,从而丧失其功能性。研究表明,生物亲和性分子作为酶的载体可有效保持或提高酶的活性。双亲性生物大分子具有良好的生物亲和性与相容性,可能是良好的酶载体。本课题拟利用疏水单体对全亲水生物大分子进行改性,结合大分子复合组装及多级组装技术,将双亲性生物大分子与功能因子(生物酶)复合组装制备复合组装纳米粒子,进一步将其二次组装在油-水界面,研究双亲活性纳米粒子多级组装在制备功能Pickering乳液中的应用,拓展了双亲性生物大分子组装纳米粒子的应用范畴,实现乳液功能化。首先利用疏水单体对生物大分子进行改性制备双亲性生物大分子,研究双亲性生物大分子的自组装及影响因素;将双亲性生物大分子与生物酶通过疏水、静电和氢键作用进行复合组装制备复合组装纳米粒子,研究复合组装过程及影响因素;将复合组装纳米粒子二次组装在油-水界面制备Pickering乳液,研究复合组装纳米粒子结构对乳液性能及酶活的影响。主要研究内容分为以下四个部分:1.葡聚糖改性、组装及乳液性能研究以疏水单体肉桂酸(cinn)改性生物多糖葡聚糖(dex)得到双亲性生物大分子dex-cinn,研究了肉桂酸取代度、聚合物浓度、水的滴速对组装体的影响;进一步将其二次组装到油-水界面,研究了纳米粒子形貌对乳液性能的影响;将dex-cinn与不同类型的小分子药物在溶液中进行复合组装,得到稳定的表面活性复合组装纳米粒子;复合组装纳米粒子在界面张力的驱动下二次组装在芝麻油-水界面,研究了其乳液性能及乳液的生物相容性。实验结果表明:dex-cinn在选择性溶剂中自组装得到碗形纳米粒子,肉桂酸的取代度、双亲性聚合物的浓度、水的滴加速度会影响碗形纳米粒子的形貌;碗形纳米粒子的形貌会影响其乳液性能;由于引入的疏水单体cinn刚性较大,dex-cinn与生物酶复合组装得到的复合组装纳米粒子稳定性不理想,表明刚性结构的dex-cinn与大分子酶共组装有一定的困难;选用不同类型的小分子药物与dex-cinn复合组装,形成稳定的球形复合纳米粒子;ph和盐浓度会影响复合纳米粒子的结构,进一步影响其乳液性能;双亲性聚合物、复合纳米粒子及其所稳定的乳液具有较好的生物相容性。2.透明质酸改性、组装及乳液性能研究以疏水单体l-苯丙氨酸乙酯(l-phe)改性生物多糖透明质酸(ha)得到不同取代度的双亲性生物大分子ha-phe,研究了取代度对组装体形貌的影响;将其二次组装到白油-水界面,研究了不同组装形貌对乳液性能的影响;将ha-phe与木瓜蛋白酶复合组装,得到了稳定的复合组装纳米粒子;将复合纳米粒子二次组装在白油-水界面,研究了其乳液性能及乳液的生物相容性。实验结果表明:经溶液自组装可获得囊泡形貌的组装体,疏水单体的取代度会影响自组装囊泡的粒径和壁厚,进一步影响其乳液性能;ha-phe与生物大分子木瓜蛋白酶,两者通过静电,疏水和氢键自组装形成稳定的复合组装纳米粒子;ph和盐浓度影响复合组装纳米粒子的结构,进一步影响其乳液性能;复合组装纳米粒子稳定的pickering乳液保留了一定的生物活性,且具有较好的生物相容性。3.多巴胺改性γ-聚谷氨酸的多级组装及乳液性能研究以多巴胺(da)为疏水单体对γ-聚谷氨酸(γ-pga)进行疏水改性,合成了双亲多巴胺改性γ-聚谷氨酸(pga-da);以荷正电的溶菌酶(lys)与荷负电的pga-da通过静电复合组装,研究两者在水相中形成lys/pga-da复合纳米粒子的过程及影响因素;将复合纳米粒子二次组装在白-水界面,研究了乳液稳定的机理及乳液的生物相容性。实验结果表明:pga-da和lys在水相中可自组装形成复合组装纳米粒子;pga-da和lys的浓度、质量比影响复合组装纳米粒子的结构及性质;复合组装纳米粒子二次组装在白油-水界面可得到稳定类凝胶乳液;研究了不同ph和盐浓度乳液稳定的机理;乳液是由形成复合纳米粒子的pga-da和lys协同稳定的,静电斥力和空间位阻是乳液稳定的重要因素。4.乳液生物活性研究在第三部分研究的基础上进一步研究lys/pga-da复合纳米粒子稳定乳液的生物活性,包括乳液中酶的活性、酶的抗菌活性及乳液的细胞毒性。结果表明:PGA-DA是良好的酶载体,和溶菌酶复合后,酶的构象发生变化,氨基酸残基的微环境更加疏水,形成了更加有序的二级结构,提高了酶的活性;分散液的pH值和盐浓度会影响溶菌酶的构象,进一步影响其活性;复合纳米粒子所制备的乳液保留了较好的生物活性和一定的抗菌活性。本文对三种不同类型的生物大分子进行疏水改性,得到了不同系列的双亲性生物大分子,以所得双亲性生物大分子与功能因子为组装基元,进行复合组装成功地制备了多组分双亲复合纳米粒子,并将其二次组装在油-水界面,制备得到具有生物活性的功能Pickering乳液。通过改变组装基元结构及组装环境,对复合组装及多级组装进行调控,建立不同组装基元结构、不同组装环境与乳液性能之间的构效关系。本文通过调控组装基元结构及组装环境调控自组装纳米粒子结构,进一步调控乳液的稳定性和功能性,为自组装纳米粒子的实际应用奠定基础。