真菌多糖来源广泛,如裂褶菌、香菇、黑木耳等均富含活性多糖,且表现出如抗肿瘤、抗病毒、抗氧化和促进免疫调节的生物活性。众所周知,结构决定物质的性质和功能。天然多糖的结构和链构象必然影响其生物活性。然而,多糖来源广泛、键接方式多样,给结构分析带来极大困难。同时,多糖的链构象也十分复杂,其在溶液中呈现球形链、刚性链、柔顺链、螺旋链等多种链构象。因此,确定多糖的结构、链构象,是构建多糖构效关系的重要途径。生物大分子具有自组装的特异性能,如蛋白质的α和β折叠以及DNA的双螺旋结构等。然而,关于真菌多糖的自组装行为则研究较少。目前研究较多的几种真菌多糖,如硬葡聚糖、裂褶菌多糖、香菇多糖等,都是利用其三螺旋结构的破坏和重建过程,来实现对部分客体分子的负载和释放。而螺旋多糖之间是否可以有序组装尚不清楚,基于真菌多糖的自组装性能构建的生物医用材料更是很少报道。本工作旨在通过表征方法上的创新,对真菌多糖的结构、构象以及聚集态结构进行深入研究。同时,进一步揭示真菌多糖的自组装行为的规律,在此基础上开发多糖基生物医用材料,并探索其潜在应用。本论文的主要创新点包括以下几点:(1)首次通过光散射(LLS/DLS)和粘度法表征、原子力显微镜(AFM)直接观测以及分子动力学模拟预测等多种方法确定了黑木耳葡聚糖(BFP)的三螺旋刚性链构象;(2)利用诱导聚集发光(AIE)探针探索黑木耳多糖在水中的自组装行为,提出它自组装成树状纳米管(BFP-DNTs)的形成机理,并评价其负载荧光染料后在生物成像领域的应用;(3)基于黑木耳多糖纳米管的疏水空腔,成功负载抗癌药物阿霉素(DOX),并用于药物传递和控制释放;(4)成功将银纳米粒子原位固定在黑木耳多糖纳米管表面,并证明该纳米复合物具有良好的抗菌性能;(5)利用一步法在纳米管表面合成金纳米粒子,并证明其纳米效应。本论文的主要研究内容和结论如下。首先,利用热盐水法从黑木耳中提取出棉花状β-1,3-D-葡聚糖,命名为BFP。利用离子交换色谱(HPAEC)、气-质联用(GC-MS)、核磁(NMR)等方法确定BFP的化学结构为主链每三个β-1,3-D-葡萄糖残基带有2个β-1,6-D-葡萄糖残基。利用光散射、粘度法结合溶液理论计算其链构象参数,建立分子量范围为46×104g/mol～216×104g/mol时BFP的Mark-Houwink方程为[η]= 1.78 × 10-9 Mw1.6,以及BFP的单位轮廓长度的摩尔质量(ML)、持续长度(q)、链直径(d)以及螺距(h)分别为2448～3000nm-1、192～260nm、2.2nm以及0.37nm,与三螺旋链构象参数十分接近。值得注意的是,利用AFM直接观察BFP的分子尺寸,并通过统计链长建立了分子量和链长的关系式:Mw(g/mol)= 2212LAFM,nm+79599,并且估算出 BFP 的ML 2212nm-1,由此可建立用AFM直接观测和估算刚性多糖分子链参数的新方法。此外,本章还采用全原子分子动力学(MD)模拟结合模拟退火(SA)算法来预测BFP在真空的最小能量结构。研究结果表明,主链上糖苷键的两个扭转角,Φ(H1-C1-03-C3)和Ψ((C1-03-C3-H3),分别为45.51和-16.97时,BFP分子链最稳定,并且可形成非常稳定的三螺旋结构,其每条链的能量比单链更低。这意味着自然界中黑木耳多糖三螺旋链存在的几率要高于单链。同时,三链螺旋结构比单链螺旋的结构更为紧密,同时不同螺旋链之间会形成比多个氢键,从而使得螺旋结构非常稳定。因此,本章工作结合多种方法全面的对黑木耳葡聚糖的结构、构象进行表征,为天然多糖的多级结构表征提供了有价值的理论基础。基于刚性链在水中易平行排列的特点,研究了黑木耳多糖的自组装行为。光散射结果证明,这种多糖在极稀水溶液中呈单分子链分散,一旦溶液浓度增加,分子链逐渐趋向于平行排列成薄片;继续增加浓度,可诱导分子链的堆积,甚至聚集成树枝型纤维。通过透射电镜(TEM)以及扫描电镜(SEM)等证明该纤维的形成是通过多糖分子链聚集成的薄片卷曲形成。同时,引入聚集诱导发光(AIE)染料探针诱导BFP纳米纤维发光,即证实纤维内存在疏水空腔,进一步表明树状纳米管(BFP-DNTs)的形成。值得注意的是,BFP-DNTs的疏水空腔可以包裹客体分子,而且树枝状结构促使包含的客体分子浓度提高,从而达到靶分子高度浓缩的效果。因此,包裹了疏水性染料分子的BFP-DNTs比单纯的染料分子具有更低的生物毒性、更强的荧光强度。并且,裸鼠体内生物成像试验结果证明该多糖包裹染料分子后在体内维持更长的荧光持续时间(18天)。因此,本章工作为生物成像领域的载体体系提供了新思路。利用BFP-DNTs的疏水空腔研究纳米管对疏水分子(DOX)的负载和释放行为。实验结果表明,BFP-DNTs可以达到相当高的DOX的负载率(34%)和包封率(68%),这与纳米管的树型结构和空腔密切相关。同时,研究表明,BFP-DNTs可有效保护DOX不在正常组织中释放(pH=7.4),而只在病变部位(pH=5.0)释放,这样即可实现达到治疗效果的同时而不损害人体健康组织。此外,BFP-DNTs葡聚糖具有良好的生物相容性以及抗肿瘤活性。因此,这类新型无毒副作用的多糖树枝状纳米管可为药物传输系统提供新的有效途径。利用BFP-DNTs的管状结构和表面丰富的羟基可构筑银纳米粒子合成支架。通过一种简单、温和的化学还原方法,以黑木耳葡聚糖形成的树状纳米管为基材,成功制得粒径较小(14～23 nm)且尺寸分布均匀的银纳米粒子。银纳米粒子的负载量可控,在6%到51%之间不等。通过TEM、SEM以及EDS等直观看到银纳米粒子均匀分散于树状纳米管的表面。此外,我们对银纳米粒子/纳米管复合物(BFP-Ag)的抗菌性能进行评价,试验结果表明随着银含量的增加,抗菌性能随之大幅度增加。因此,这种具有抗菌活性、稳定性良好的复合物(BFP-Ag)在抗菌领域具有应用前景。利用BFP-DNTs作为还原剂、分散剂以及稳定剂,通过一步法得到了尺寸较小且分散均匀的金纳米粒子。实验结果表明,通过改变反应温度、反应时间以及反应物离子浓度,可以有效控制金纳米粒子的形状(带状或球状)和大小(10nm～19nm)。此外,金纳米粒子/黑木耳葡聚糖复合物(BFP-Au)可有效催化对硝基苯酚(4-NP)的还原反应,证实金纳米粒子的纳米效应。本章为纳米粒子的合成、分散提供了新的思路,并拓展了多糖在纳米材料领域中的潜在应用。上述研究结果首次确定黑木耳多糖的化学结构、分子量、分子尺寸及其在溶液中的三螺旋刚性链构象。基于该多糖刚性链构象,探讨其在水中的自组装行为,构建了一种树状纳米管。同时,基于黑木耳多糖的纳米管结构,构建四种功能不同生物医用材料,并对其应用进行了初步评价。由此,本文为多糖结构和构象表征提供系统的研究方法和思路,为基于多糖构建的生物材料提供重要的科学依据,具有重要学术价值和应用前景。