一种壳聚糖或羧甲基壳聚糖功能化纳米硒复合物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种壳聚糖或羧甲基壳聚糖功能化纳米硒复合物的制备方法，属纳米材料技术领域。
背景技术
壳聚糖因其来源广、用途大、容易获得而广受关注，在食品、化工领域均有广泛的用途，此外，壳聚糖及其衍生物羧甲基壳聚糖因其分子结构上有丰富的羟基和氨基易于进行化学反应而赋予多种功能。
随着人民生活水平的不断提高，高效、多功能复合型保健品的开发成为当下研究的热点。硒是人体必需的微量元素，被称为“抗癌之王”，对人类和其它动物的生长、发育及疾病的发生密切相关。研究表明,缺硒会引发诸如癌症、心脏病、关节炎和免疫系统功能紊乱等多种病症,硒能够通过降低肿瘤扩散的速度，同时加快癌细胞凋亡的速度来抑制致癌物的影响，适量补硒可以预防癌症，降低癌症发病率。在美国，对8000人进行长达十年的补硒研究，结果表明，硒可以显著降低肺癌、肠癌、胃癌、血癌等癌症的发病率，因此硒被称为“营养性防癌剂”。随着年龄增加，人体产生抗氧化的能力逐渐降低，对自由基损害的防御能力下降，导致衰老加速，大量临床研究表明，硒作为抗氧化剂，进入人体后可迅速清除体内的自由基，从而可有效防御自由基对细胞的损害，有抗衰老的功能。
目前，硒的补充常以亚硒酸钠，硒酸钠，硒代蛋氨酸的形式添加于许多食品补充剂中。硒纳米粒子(SeNPs)因其生物利用度高，毒性低和抗癌活性显著的特性而成为新的研究热点。国家卫生部已批准纳米硒胶囊为保健食品(卫食健字1998第134号)，几种制备纳米硒的方法已获国家发明专利(授权公告号CN 101544359 A；CN 102228469 B；CN 103420344 A)。研究表明硒的生物利用度、抗肿瘤活性随其纳米尺度的改变而相差很大，通常合成的表面没有功能化的SeNPs极易聚集沉淀，这已成为限制SeNPs应用的瓶颈。因此，制备粒径小、分布窄的SeNPs，并利用多糖对其表面进行功能化修饰，以期获得稳定性好的硒纳米粒子，成为当下研究的热点。
糖类是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源，壳聚糖是阳离子聚合物，是自然界中少见的天然带正电荷生物高分子聚合物，来源丰富，价格低廉；羧甲基壳聚糖是一种水溶性壳聚糖的衍生物，即在壳聚糖残基的C6-OH上发生取代，壳聚糖或羧甲基壳聚糖分子链上都具有丰富的羟基和氨基使其具有良好的组织相容性，生物可降解性，因此，壳聚糖及其衍生物常用于吸附、包埋活性成分来提高活性成分的利用率。现有关于纳米硒多糖的复合物的文献报道都是先利用多糖静电吸附无机硒前体，再采用还原剂还原合成纳米硒，该方法制备的纳米硒粒径较大且分布不均匀。
针对以上问题，我们创新合成方法，先制备粒径较小且分布均匀的纳米硒，分离纯化纳米硒后用壳聚糖或羧甲基壳聚糖对其表面进行功能化修饰，获得粒径小且分布均匀，稳定性好的壳聚糖或羧甲基壳聚糖纳米硒复合物，该方法提高了硒纳米粒子的生物利用度和生物相容性。
发明内容
本发明的目的是通过新型的绿色合成方法制备一种经多糖功能化修饰的纳米硒多糖复合物，其合成方法简单，原料来源丰富，制备获得的纳米硒多糖复合物具有稳定性好、粒径分布窄、分散性好的特点。
本发明的技术方案为：
一种壳聚糖或羧甲基壳聚糖功能化纳米硒复合物的制备方法，以亚硒酸钠为硒源，碘化钾为稳定剂，抗坏血酸为还原剂，壳聚糖或羧甲基壳聚糖为表面修饰剂绿色制备表面功能化的纳米硒复合物。
具体步骤包括：
(1)将一定浓度的亚硒酸钠溶液与一定浓度的碘化钾溶液按1:1(v/v)混合，加入亚硒酸钠溶液20～40(v/v)倍的水，搅拌均匀；
(2)加入与亚硒酸钠溶液等体积的一定浓度的抗坏血酸溶液，进行反应；
(3)静置老化；
(4)离心后除去上清液，水洗和醇洗除去未反应的杂质；
(5)纳米硒粒子重新分散成溶胶，分别添加不同浓度梯度的壳聚糖或羧甲基壳聚糖获得不同表面功能化纳米硒复合物溶胶。
优选的，所述亚硒酸钠溶液的浓度为10～30毫摩尔每升，所述碘化钾溶液的浓度为20～40毫摩尔每升。
优选的，所述抗坏血酸溶液浓度为50～70毫摩尔每升，反应时间为20～40分钟。
优选的，所述静置老化的时间为24小时，得浅红色透明胶体溶液。
优选的，所述离心为在转速为8000～10000转每分钟的条件下离心20～40分钟。
优选的，所述壳聚糖或羧甲基壳聚糖浓度梯度分别为0.01,0.08,0.16,0.32,0.48,0.64毫克每毫升。
一种壳聚糖或羧甲基壳聚糖功能化纳米硒复合物，采用上述的方法制备而成。
本发明的有益效果：
本发明先通过简单温和的实验条件大批量绿色合成稳定性好、粒径分布窄、生物活性高的表面功能化的球形纳米硒粒子。本发明先以亚硒酸钠为硒源，碘化钾为稳定剂，抗坏血酸为还原剂，合成粒径为50nm的SeNPs，随后通过离心、水洗、醇洗获得纯化的纳米硒粒子，用壳聚糖或羧甲基壳聚糖溶液对纳米硒的表面改性，不仅提高了硒纳米溶胶的稳定性，而且其表面经过功能化修饰，获得带相反电荷的多糖纳米硒粒子，提高了硒纳米粒子的生物相容性。本发明与现有技术的不同之处在于：先绿色合成单分散的SeNPs，纯化后用壳聚糖或羧甲基壳聚糖溶液对其表面改性；而现有技术中都是亚硒酸钠先被多糖的溶液通过静电吸附分散，再用抗坏血酸还原，还原的SeNPs粒径分布不均匀，纯化SeNPs手段繁琐复杂，而且不能大批量的合成，影响了SeNPs的进一步应用。
附图说明
图1纳米硒溶胶的透射电镜(TEM)图(a)，单个粒子的高分辨率透射电镜(HRTEM)(b)及选择性区域衍射图(SAED)(C)，单个粒子的能谱分析图(EDX)(d)。
图2纳米复合物溶胶的紫外-可见光谱图(SeNPs硒纳米粒子，CS-SeNPs壳聚糖复合硒纳米粒子，CCS-SeNPs羧甲基壳聚糖复合纳米硒)。
图3不同浓度纳米复合物溶胶的光散射(DLS)粒径图以及Zeta电位图。
图4纳米复合物红外光(FT-IR)谱图A(CCS-SeNPs)，B(CCS), C(CS-SeNPs)和D(CS)。
具体实施方式
下面通过实例进一步说明本发明的技术内容和效果。
本发明以亚硒酸钠为硒源，碘化钾为稳定剂，抗坏血酸为还原剂，壳聚糖或羧甲基壳聚糖为表面修饰剂制备纳米硒多糖复合物。
浓度为20毫摩尔每升的亚硒酸钠溶液30毫升与浓度为30毫摩尔每升的碘化钾溶液30毫升混合于大烧杯，加蒸馏水至900毫升，在磁力搅拌器下搅拌均匀，然后，快速加入60毫摩尔每升的抗坏血酸溶液30毫升，反应30分钟后停止搅拌，静置老化24小时，获得红色透明胶体，在转速为9000转每分钟的条件下离心30分钟，倾去上清液，然后通过水洗和醇洗除去未反应的杂质，纳米硒重新分散成溶胶，分别添加不同浓度梯度的壳聚糖或羧甲基壳聚糖获得不同表面功能化纳米硒溶胶，其中，壳聚糖或羧甲基壳聚糖浓度梯度分别为0.01,0.08,0.16,0.32,0.48,0.64毫克每毫升。
实施例1
纳米硒溶胶的制备
取30毫升浓度为20毫摩尔每升的亚硒酸钠溶液与30毫摩尔每升的碘化钾溶液30毫升搅拌混匀于1000毫升烧杯中，然后快速加入30毫升浓度为60毫摩尔每升抗坏血酸溶液，反应30分钟后停止搅拌，反应结束后溶液呈现橙红色，将上述溶液于4℃下静置老化24小时，通过醇洗、水洗、离心洗涤除去母液中的杂质，获得纯化的纳米硒溶胶。分别采用透射电镜(TEM)图、高分辨电镜(HRTEM)、选区电子衍射图(SAED)、能谱分析图(EDX)对纳米硒的结构表征。
实施例2
壳聚糖纳米硒的制备
在纯化后的纳米硒溶胶中逐滴滴加0.08毫克每毫升壳聚糖溶液若干，获得不同浓度的壳聚糖纳米硒的复合物，采用光散射粒径分析(DLS)对壳聚糖功能化的纳米硒结构表征。
实施例3
羧甲基壳聚糖纳米硒的制备
在纯化后的纳米硒溶胶中逐滴滴加0.08毫克每毫升羧甲基壳聚糖溶液若干，获得不同浓度的羧甲基壳聚糖纳米硒的复合物。
图1纳米硒溶胶的透射电镜(TEM)图(a)表明纳米硒粒径分布窄且粒径为50nm左右，其单个粒子的高分辨率透射电镜(HRTEM)(b)及选择性区域衍射图(SAED)(C)表明纳米硒为单晶硒结构，能谱分析图(EDX)(d)表明纳米硒结构中无杂质，为纯硒。
图2的紫外可见光谱(UV-Vis)图显示Se在267nm处有吸收峰，没有其他多余的峰，说明通过离心洗涤已经除去了多余的抗坏血酸和碘化钾，获得较纯的纳米硒。
图3显示，随着壳聚糖及羧甲基壳聚糖浓度的增大，纳米粒的粒径也随之增大，在壳聚糖浓度为0,0.08,0.16,0.32,0.48,0.64毫克每毫升时，对应的粒径分别为82.2,91.5,101.4,106.9,119.3,134.1纳米；而在相同浓度的羧甲基壳聚糖下，对应的粒径分别为91.8,96.4,102.4,116.2,128.3,137.6纳米；通过电位(Zeta)电位图可看出，纳米硒，壳聚糖纳米硒，羧甲基壳聚糖纳米硒的电位值分别为-28.4mV，38.2mV以及-40.7mV，说明壳聚糖上大量的带正电荷的NH3+，以及羧甲基壳聚糖上大量带负电荷的COO-已经结合到纳米硒的表面，表明带相反电荷的多糖纳米硒的合成。同时，经壳聚糖及羧甲基壳聚糖修饰的纳米硒，具有较好的稳定性。
图4中，壳聚糖与壳聚糖纳米硒比较可得，其O-H的伸缩振动由3425.26cm-1移动至3414.43cm-1，对应的，羧甲基壳聚糖与羧甲基壳聚糖相比较，其O-H的伸缩振动由3434.55cm-1移动至3424.97cm-1，两者均发生吸收峰的蓝移，说明壳聚糖及羧甲基壳聚糖通过O-H结合到纳米硒的表面。多糖与纳米硒的结合，一是有利于SeNPs的稳定性提高，二是提高SeNPs的生物相溶性。