环糊精具有“外亲水、内疏水”的空腔结构,常作为多种难溶性化合物的载体材料用于改善物质的理化性质及生物学活性。近年来,人们基于环糊精的结构特点,设计并开发出大量的环糊精衍生物,这些新型的功能性材料在食品添加剂、药物载体及环境保护等领域得到了广泛的应用,逐渐成为新材料研发领域的热点方向。目前,以环糊精为基础构建的功能性材料主要包括环糊精包合物、环糊精共价偶联化合物、聚轮烷以及含糊精的聚合物等几种类型。阿魏酸是一种来源广泛的天然性酚酸,具有抗氧化、降血脂、抑菌抗癌等多种生理功能,由于自身水溶性低、稳定性差,导致其体内生物利用度较低,在食品药品领域中的应用受到了限制。本课题在天然β-环糊精的结构基础上进行了化学修饰,合成得到了三种C-6位单取代的环糊精胺类衍生物,以阿魏酸作为模型底物,通过物理包埋或化学键合的方式分别构建了基于阿魏酸和烷氨基环糊精的包合物体系、键合物体系及聚合物体系,并对三类体系的理化特性及体外生物学活性进行了考察。此外,还重点对阿魏酸/烷氨基环糊精包合物体系的体外抑菌活性及相关作用机制进行了探究,为环糊精胺类衍生物作为难溶性活性物质载体材料的开发利用提供了一定的理论参考和科学依据。本课题的主要研究内容及结论如下:(1)阿魏酸/烷氨基环糊精包合物的制备、表征及体外生物活性研究:对β-环糊精进行结构修饰,制备得到三种C-6位单取代的含有不同烷氨基侧链的环糊精衍生物(NH-β-CD、EDA-β-CD和HDA-β-CD)。以这三种烷氨基环糊精为主体物质,阿魏酸为客体分子,通过冻干法制备得到相应的阿魏酸/烷氨基环糊精包合物。借助红外光谱、核磁共振谱、扫描电镜、X-射线粉末衍射等技术对包合物的结构进行表征和确认。采用Job曲线法和相溶解度试验研究主客体之间的包合行为,结果表明三种烷氨基环糊精均与阿魏酸形成了摩尔比为1:1的包合物,且不同的烷氨基取代通过改变环糊精的腔体结构来影响对阿魏酸的结合作用,相应的包合常数有如下规律:KEDA-β-CD＞KHDA-β-CD＞KNH-β-CD。对包合物理化性质和生物学活性的研究表明阿魏酸在三种烷氨基环糊精的包合作用下,水溶性、体外抗氧化活性及癌细胞毒性均得到显著性提高。该研究表明对环糊精分子的C-6位进行烷氨基修饰可以改变环糊精的碱性及其空腔结构,从而改变对客体物质的包结络合特性。(2)阿魏酸-烷氨基环糊精键合物的制备、表征及体外生物学活性研究:以三种烷氨基环糊精为反应原料,通过碳二亚胺介导的偶联反应与阿魏酸共价连接得到一系列阿魏酸-烷氨基环糊精键合物(FA-NH-CD、FA-EDA-CD和FA-HDA-CD)。借助核磁、高分辨质谱、X射线衍射、扫描电镜等方法表征并确认其结构,对三种键合物的自组装行为进行研究发现,FA-NH-CD在水中发生分子间的包合现象,形成“头-尾”相连的组装体;而FA-EDA-CD和FA-HDA-CD的C-6位含有柔性烷基链,阿魏酸与所键连的环糊精空腔相互结合,形成自包合的空间结构。此外,三种键合物的抗光降解特性、热稳定性及体外抗肝癌活性均较阿魏酸单体有显著提高,FA-EDA-CD和FA-HDA-CD的水溶性也大幅增强。该研究表明通过构建基于烷氨基环糊精的键合物体系,以及调控阿魏酸与烷氨基环糊精之间的碳链长度可以有效改善阿魏酸的理化性质及生物学活性。(3)烷氨基环糊精聚合物的制备、自组装行为及生物活性研究:以甲基丙烯酸(MAA)和甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(mPEGMA)为单体通过自由基共聚反应制备得到了线型聚合物poly(mPEGMA-co-MAA),再通过酰胺化反应在线性聚合物的侧链分别引入三种烷氨基环糊精,得到了新型的环糊精聚合物(PMMA-g-NH-CD,PMMA-g-EDA-CD和PMMA-g-HDA-CD)。三种烷氨基环糊精聚合物均可以在水中进行自组装,形成大小均一、粒径为100nm左右的球形胶束。其中,PMMA-g-HDA-CD的侧链中含有较长的烷氨基链,可以通过疏水链段及环糊精空腔的协同作用实现对阿魏酸的高效负载,且表现出良好的pH响应性。生物学活性的结果表明PMMA-g-HDA-CD具有一定的生物相容性,在体内主要分布于肝脏部位,表现出特定的肝靶向性。(4)阿魏酸/烷氨基环糊精包合物的体外抑菌活性及相关机制研究:通过测定阿魏酸/烷氨基环糊精包合物对五种食源性致病菌(金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、李斯特杆菌、沙门氏杆菌和铜绿假单胞菌)的最小抑菌浓度(MIC),筛选出抑菌活性最好的包合物FA/NH-β-CD作为研究对象,其MIC值为0.012mol/L。考察了不同浓度FA/NH-β-CD处理下金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长曲线并用数学模型对相关参数进行拟合表征,结果表明FA/NH-β-CD可显著抑制细菌的增殖,延长菌体迟滞期,降低菌体最大生长速率。系列生化检验结果表明,FA/NH-β-CD处理可显著降低菌体膜电位和胞内ATP含量,破坏菌体细胞膜完整性。另外,电镜观察的结果显示,FA/NH-β-CD可显著改变菌体的正常生理形态,导致菌体出现变形、凹陷、破损等不可逆损伤。该试验表明FA/NH-β-CD通过改变金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细胞膜通透性及破坏细胞形态来发挥抑菌作用。