桃胶多糖基纳米球的设计合成、性能调控及生物医用应用基础研究

Natural polymer-based nanospheres have showed attractive application prospect in many fields because of their unique molecular compositions and performance characteristics. Peach gum polysaccharide (PGP) as a typical kind of natural polymer is abundant in our country. However, poor performance of the PGP makes it unattractive for practical application. How to improve the performance of PGP and endow the PGP with new functionalities become the urgent scientific problems that need to be solved in the research area of PGP. From the perspectives of material design and functionalization, this project aims to improve the performance of PGP by synthesizing chemically crosslinked PGP-based functional nanospheres based on the combination of nanoprecipitation technology and disulfide bond chemistry. The effect of reaction condition on the structure and properties of the PGP-based nanospheres will be systematically investigated so as to propose the reaction mechanism and optimum reaction condition. In addition, post-functionalization of PGP-based nanospheres with functional molecules will be studied for getting suitable post-functionalization conditions and methods. It is expected that this project can reveal the relationship between the structure and property of PGP-based nanospheres, thereby providing theoretic support for the design and synthesis of functional peach gum-based materials. The preliminary biomedical applications of PGP-based nanospheres based on their performance characteristics also will be investigated. In order to provide technique support for the practical applications of PGP-based nanospheres and other natural polymer-based nanospheres, the relationship between the property and application effect of the PGP-based nanospheres will be proposed. The realization of the goals of this project will forward the progress of the research of peach gum. The obtained results not only have academic innovation but also have important value for promoting the application of peach gum.

天然高分子纳米球由于其独特的分子组成和性能特点，在多个领域显示出了诱人的应用前景。本项目选取我国产量丰富的天然桃胶多糖（PGP）为研究对象，针对其存在实用性差和应用不受重视的问题，从材料的设计和功能化角度出发，采用纳米沉淀技术与双硫键化学相结合的策略来制备化学交联的功能性PGP基纳米球。考察反应条件对PGP基纳米球的结构和性能的影响，提出制备的机理和合适的反应条件；研究PGP基纳米球的后功能化，提出后功能化的条件和方法；建立PGP基纳米球的结构与性能之间的关系，提出调控其结构和性能的方法，为桃胶功能材料的设计和制备提供理论依据；根据不同PGP基纳米球的性能特点进行初步的生物医用应用研究，建立其结构和性能与应用效果之间的关系，为PGP基纳米球和其它天然高分子纳米球的应用提供技术支持。本项目目标的实现，将有力的促进桃胶研究的发展，成果不仅具有学术创新性，而且对推动桃胶的应用具有重要价值。

超支化高分子由于其独特的分子结构和优异的性能被广泛应用在了多个领域，而天然超支化高分子尽管具有来源广泛、生物相容性好、成本低等优点，与其相关的研究却鲜见报道。本项目研究的桃胶多糖（PGP）就是一种典型的天然超支化高分子。针对我国桃胶资源丰富但利用率极低的问题，本项目围绕PGP的改性和PGP基纳米球的制备、性能调控、生物医用应用等方面开展了研究。通过本项目研究，建立了天然粗桃胶水解制备水溶性PGP的方法，分析了PGP的主要组成，在此基础上研究了PGP的物理和化学特性，获得了一系列在分子封装、水处理、催化剂载体等方面具有应用前景的PGP基功能材料；建立了硫辛酸（LA）接枝改性的两亲性PGP（PGP-LA）的制备方法，在此基础上实现了基于双硫键化学与自组装技术相结合来制备PGP基纳米球，考察了反应条件对纳米球的尺寸、分散性、稳定性等的影响；研究了PGP基纳米球的后功能化，初步建立了利用纳米球表面的丰富羟基进行后功能化的方法；建立了利用PGP-LA与一种或多种其它功能性有机分子或无机纳米颗粒共组装交联来制备包覆有功能性物质的PGP基复合纳米球的方法，考察了反应条件对包覆效果的影响，制备了一系列PGP基复合纳米球；针对不同PGP基复合纳米球的性能特点探索了其在药物负载、药物释放、细胞成像、抗氧化等方面应用，初步建立了其结构和性能与应用效果之间的关系。另外，本项目还在磁性聚合物空心微球、荧光量子点、二维纳米材料等领域取得了重要成果，拓展了研究方向。目前，依托本项目已发表SCI论文17篇，其中影响因子大于5.0的12篇，发表的论文被引用超过300次，另还有部分研究成果正在撰写论文和补充实验数据中；申请国家发明专利4项；培养研究生6人，其中已毕业硕士4人，在读博士生1人，在读硕士生1人；依托本项目部分研究成果，项目负责人还获得了广西自然科学杰出青年基金资助和入选了广西“八桂学者”计划八桂青年学者，建立了一支在桃胶多糖领域具有一定研究特色的科研团队。