硫酸酯化修饰对纤维素糖链聚集态的影响及作用机制

The introduction of small groups into the biological macromolecules has been an important supplementary to the main chain. Sulfation modification of polysaccharides has contributed to their distinct physicochemical properties and various biological activities. In this project, a homogeneous sulfation on cellulose is conducted to obtain cellulose sulfates derivatives with varied sulfation paterrn, which are taken as model compounds of polysaccharide sulfates.The relationship between the degree, location, distribution of sulfate groups and the solubility,rheological behavior, sol-gel, film-forming ability of the cellulose sulfates are investigated by means of GPC-MALLS, XRD, DS and IR. The conformation of glycan chain in the dilute solution is analyzed with NMR, D/SLLS, SEC. The microstructure, hydrogen bond, hydrophobic region and the combination region among glycan chains are characterized with two-dimensional fluorescence correlation spectroscopy，fluorescence resonance energy transfer. It is focused on the mediation role of sulfate group during the sol-gel transition from the pointview of hydrophilic and hydrophobic mechanism. It is to enrich the thoery exploration of small group modification and the property of polysaccharides relationship.

生物大分子侧链上小分子基团的引入，构成对主链结构重要的补充。硫酸酯化修饰赋予多糖特殊的理化性质和广泛的生物活性。本项目通过对纤维素可控的均相硫酸酯化修饰，获取不同取代模式的纤维素硫酸酯。以此为硫酸酯多糖模型化合物，采用GPC-MALLS、XRD、DS和IR考察硫酸基的取代度、取代位置、取代基分布与产物的溶解性、流变性、凝胶-溶胶性、成膜性等宏观聚集性能的关系；通过NMR、D/SLLS和SEC技术分析糖链在稀溶液中的空间构象。重点利生物大分子侧链上小分子基团的引入，构成对主链结构重要的补充。硫酸酯化修饰赋予用二维荧光相关光谱、荧光共振能量转移等荧光技术，考察纤维素硫酸酯凝胶聚集体的微观结构、氢键状态、疏水微区和分子链间结合区域的微晶结构等微观结构特性，以揭示纤维素硫酸酯在溶胶-凝胶聚集体转变过程中硫酸酯基主导的疏水调控作用。通过以上基础研究，丰富小分子基团修饰与多糖结构性能关系的理论探索。

向多糖大分子侧链上引入小分子硫酸酯基团，构成对多糖主链结构重要的补充，并赋予多糖特殊的理化性质和广泛的生物活性。本课题以结构规整的纤维素为多糖模型化合物，开展了纤维素硫酸酯化修饰技术、理论和纤维素硫酸酯衍生物（Cellulose Sulfates, CS）应用的研究。确定了一种在离子液和质子型有机溶剂的复合均相体系中对纤维素实施可控硫酸酯化的方法，获取不同取代模式的CS系列衍生物。以此为硫酸酯多糖模型化合物，采用GPC-MALLS、XRD、DSC和IR分析硫酸基团的取代与产物的溶解性、流变性、溶胶-凝胶转变特性、成膜性等宏观聚集性能的关系，采用荧光分子探针、同步辐射小角/广角X射线光散射技术和分子模拟手段分析其在稀溶液中的构象，优化了硫酸取代度DS0.1~0.3范围内低取代度CS的溶胶-凝胶转化条件，揭示了所引入的硫酸酯基的亲水性和纤维素主链的疏水共同作用在CS聚集态形成过程的驱动作用，明确了硫酸酯基的引入增大了溶液中CS分子周围的水力学半径，促进其由球形转变为小棒状结构。CS与壳聚糖复合作为药物和酶的载体；由CS制成的小球可用于环境废水中重金属元素吸附剂；CS作为可溶性膳食纤维凝胶，可改善小鼠肠道微生物环境，还能用于治疗铅中毒小鼠排除体内过生的铅。本项目的研究结果将指导多糖的分子修饰，尤其是活性生物多糖的结构设计，为硫酸酯多糖的大分子自组装和凝聚机制分析提供理论参考。