納米硒復(fù)合物的研究進(jìn)展

王 超，王威威，張文夷，昝麗霞，李新生，付 靜，曲 東

（陜西理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 漢中 723000）

1957 年科研工作者第一次證明了[1]元素硒是維持機(jī)體生命活動(dòng)所必需的微量元素，且其具有多種重要的生物活性，尤其是抗氧化和抗癌活性。然而，硒的有效劑量和毒性劑量之間的極窄范圍明顯限制了它的實(shí)際應(yīng)用。近幾十年來的研究表明，硒的毒性與其化學(xué)形式密切相關(guān)，Zhang[2]的結(jié)果表明，直徑小于100 nm 的紅硒、零價(jià)硒和無機(jī)硒具有較好的生物活性。與其他化學(xué)形式的硒相比，其也具有較低的毒性[3]。

隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各個(gè)領(lǐng)域的研究者都開始利用納米技術(shù)合成新型納米材料。納米硒是硒的一種新型制劑，它是在氧化還原體系下，利用還原劑還原亞硒酸鈉獲得的紅色單質(zhì)硒。然而，由于納米硒表面能量高，通常不穩(wěn)定，在水溶液中容易聚集，導(dǎo)致生物活性和生物利用度下降。因此，以生物分子為模板制備納米硒已成為大趨勢(shì)。選擇合適的生物分子作為穩(wěn)定納米硒的修飾劑和調(diào)控劑，賦予納米硒更多的生理功能以及強(qiáng)化納米硒的生物活性，是制備醫(yī)用或保健用納米硒的研究方向。本文對(duì)模板法制備納米硒復(fù)合物的穩(wěn)定體系、生物活性進(jìn)行綜述，并分析總結(jié)其未來的發(fā)展趨勢(shì)。

1 納米硒復(fù)合物的穩(wěn)定體系

應(yīng)用納米技術(shù)制備的納米硒體系大部分為分散于水或高分子溶液的紅色透明膠體溶液，主要以“元素硒－分散劑”形成表面覆蓋或相互嵌套的形式存在[4]。采用化學(xué)方法制備納米硒體系時(shí)，一般是利用亞硒酸鹽、硒酸鹽、二氧化硒等還原劑進(jìn)行還原，并引入穩(wěn)定劑或分散劑控制顆粒粒徑。除此之外，還原劑還有維生素C、谷胱甘肽、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉等。根據(jù)制備元素硒－分散劑體系時(shí)使用穩(wěn)定劑的不同可將其分為蛋白質(zhì)類、碳水化合物類、多酚類。

1.1 蛋白質(zhì)-硒納米體系

Se 為氧族元素，極易與-OH、-COOH、-NH 等化學(xué)鍵結(jié)合。由于蛋白質(zhì)的酰胺平面對(duì)單質(zhì)硒有吸引作用的原理，可形成以蛋白質(zhì)為分散劑的硒納米體系[5]。Zhang[6]等在2001年以谷胱甘肽為還原劑、Na2SeO3為硒源、牛血清蛋白為穩(wěn)定劑在pH 值為8 的條件下制備了粒徑為20～60 nm，均一且穩(wěn)定的紅色納米硒顆粒。該團(tuán)隊(duì)隨后發(fā)現(xiàn)通過改變牛血清蛋白的濃度可以控制牛血清蛋白-納米硒粒徑的大小，增加牛血清蛋白的濃度有利于形成更小的納米顆粒[7]。Kaur[8]等研究發(fā)現(xiàn)以變性牛血清蛋白為穩(wěn)定劑，在高溫的環(huán)境下通過調(diào)整牛血清蛋白與SeO2的比例可形成不同形態(tài)的硒納米體系。研究者們還成功地制備了絲纖蛋白硒納米體系，并可通過調(diào)整制備的溫度來獲取不同形態(tài)的納米顆粒[9]。Feng[10]等以氨基酸（纈氨酸、天冬氨酸、賴氨酸）為穩(wěn)定劑，制備一系列粒徑約為120 nm 的納米硒顆粒。Nasrolahi[11]等制備了粒徑為110～150 nm 環(huán)肽納米硒顆粒，在該體系中環(huán)肽既為穩(wěn)定劑同時(shí)也為亞硒酸根的還原劑，該納米體系因其表面官能團(tuán)較多可作為抗癌藥物（達(dá)沙替尼）的納米運(yùn)載體，進(jìn)一步拓寬了納米硒體系的應(yīng)用范圍。

1.2 碳水化合物類-硒納米體系

天然多糖、寡糖以及單糖等分子均具有能與Se 結(jié)合的-OH 或-COOH，為穩(wěn)定納米硒元素提供了理論依據(jù)。黃飛[12]等人以葡萄糖還原亞硒酸鈉，用體積分?jǐn)?shù)15%的氨水作為溶劑，在微波加熱100℃，反應(yīng)20 min 的條件下，制備出的納米硒的直徑約為30～50 nm。Yang[13]等制備的單分散球形海藻多糖納米硒顆粒，其在3 個(gè)月的常溫貯藏后仍具有較好的穩(wěn)定性，研究還發(fā)現(xiàn)其粒徑隨海藻多糖濃度（1～50 mg/L）的增大而減小并穩(wěn)定在50 nm 左右。穆靜靜[14]等人以不同品種的茶多糖為模板制備納米硒，結(jié)果表明不同品種茶樹、茶類的粗多糖均有穩(wěn)定納米硒的作用，但普洱茶粗多糖作用最強(qiáng)，所構(gòu)建的納米硒直徑最小，約為75 nm。陳琬雯[15]通過殼聚糖與硒結(jié)合成功構(gòu)建了具有高穩(wěn)定性的殼聚糖納米硒和高硒含量的殼聚糖有機(jī)硒，顯著增強(qiáng)殼聚糖和硒的抗氧化活性，而且合成的殼聚糖納米硒和殼聚糖有機(jī)硒具有良好的抗腫瘤活性。這不僅為殼聚糖高附加值產(chǎn)品的開發(fā)提供理論支持，還拓寬了殼聚糖和硒在食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

1.3 多酚類-硒納米體系

多酚類物質(zhì)是天然抗氧化劑，硒元素是機(jī)體氧化還原酶系統(tǒng)的重要組成部分，研究者們嘗試以多酚類物質(zhì)還原無機(jī)硒，并同時(shí)扮演穩(wěn)定劑角色，制備穩(wěn)定的、高生物活性的納米硒顆粒。成功制備的綠茶多酚納米硒顆粒有更高的生物活性，但其顆粒極其不穩(wěn)定，在pH=1.0的條件下會(huì)發(fā)生聚集，粒徑逐漸變大并在1 h 內(nèi)失去其納米特性，此外綠茶多酚極易被氧化，限制了綠茶多酚納米硒顆粒的應(yīng)用[16]。武珊珊[17]等人也得出相似的結(jié)論，當(dāng)其體系為弱堿環(huán)境時(shí)，表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）在控制形成的EGCG 納米硒更加穩(wěn)定，而當(dāng)其體系為強(qiáng)酸環(huán)境時(shí)，EGCG分散的硒納米顆粒大量聚集，納米特征消失。XiGY[18]以綠茶中茶多酚、蛋白質(zhì)和碳水化合物自發(fā)組成的生物活性膠體顆粒為新模板，通過抗壞血酸-亞硒酸鈉氧化還原反應(yīng)體系，成功構(gòu)建了直徑為50 nm的納米硒，這為納米硒的綠色合成提供了一個(gè)創(chuàng)新的策略，并提高了人們關(guān)于納米硒和模板之間相互作用的基本知識(shí)。

2 納米硒復(fù)合物的生物活性

2.1 抗菌活性

Huang[19]通過生物合成法制備了直徑43～205 nm 的球形納米硒粒子，并研究了它們的細(xì)胞毒性和抗菌活性與其粒徑大小的關(guān)系。研究結(jié)果表明，納米硒粒子的粒徑越小，其抗菌活性愈強(qiáng)烈，粒徑為81 nm 的納米硒粒子表現(xiàn)出對(duì)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌具有最大的生長(zhǎng)抑制和殺滅效果。曾分有[20]等人對(duì)比了普通不含硒與富硒后的紅三葉草對(duì)大腸桿菌和沙門氏菌的抑菌效果，其研究表明，富硒后的紅三葉草比普通不含硒的有著更強(qiáng)的抑菌作用。其有希望能夠做成一種新型的抗菌劑[21]。而隨著納米技術(shù)的發(fā)展，重新制備合成的納米硒比起普通的硒，具更顯著、有效的抑菌效果。

2.2 抗腫瘤活性

眾所周知，硒在抗病、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等方面起著至關(guān)重要作用。研究初期，人們大多致力于探索SeO2和亞硒酸鹽的抗癌效果。Song[22]等的研究發(fā)現(xiàn)亞硒酸鈉可以通過細(xì)胞凋亡來誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯，從而更加高效地阻止鼠類黑色素瘤細(xì)胞的遷移。

近些年，研究者將目光轉(zhuǎn)移至納米硒上，生物源納米硒能夠誘發(fā)癌細(xì)胞的凋亡，進(jìn)而有效控制癌細(xì)胞的繁殖擴(kuò)散[23]。張榕[24]研究發(fā)現(xiàn)核桃蛋白酶解物-納米硒能引起人乳腺癌細(xì)胞MCF-7 皺縮，細(xì)胞核內(nèi)出現(xiàn)凋亡小體，DNA 片段化，從而使人乳腺癌細(xì)胞MCF-7 周期阻滯在S 期，誘導(dǎo)細(xì)胞早期凋亡。李玉紅[25]等人對(duì)竹蓀多糖納米硒復(fù)合物對(duì)人肝癌細(xì)胞HepG-2 和人胃癌細(xì)胞MGC-803 的抗癌活性進(jìn)行研究，其結(jié)果表明，竹蓀多糖納米硒復(fù)合物對(duì)兩細(xì)胞具有明顯的增殖抑制作用，但其并不能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。鄭曉鳳[26]等人研究了桔梗多糖納米硒復(fù)合物的抗腫瘤活性，其結(jié)果表明納米硒對(duì)人肝癌細(xì)胞HepG-2細(xì)胞顯示出更強(qiáng)的體外抗腫瘤活性。

2.3 抗氧化活性

納米硒因具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等特性，從而使其表現(xiàn)出特殊的生物特性。眾所周知，納米硒具有較強(qiáng)的抗氧化效果，且粒徑越小，其清除體內(nèi)外的自由基的效率更高。秦修遠(yuǎn)等人對(duì)豌豆多肽納米硒復(fù)合物進(jìn)行抗氧化功能評(píng)價(jià)與對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，亞硒酸鈉僅對(duì)羥基自由基有較強(qiáng)清除能力，而豌豆多肽納米硒對(duì)DPPH·和羥基（·OH）自由基具有較強(qiáng)的清除能力，并具有一定的Fe3+還原能力，從而證明納米硒復(fù)合物比亞硒酸鈉具有更好的抗氧化能力。包怡紅等人對(duì)大豆多肽和多肽納米硒復(fù)合物的抗氧化性進(jìn)行比較分析，實(shí)驗(yàn)證明大豆多肽納米硒復(fù)合物具有更好的清除DPPH·自由基、羥自由基（·OH）的能力。周艷暉等人利用蔗糖作為表面修飾劑制備納米硒并對(duì)其抗氧化性進(jìn)行研究，其研究結(jié)果表明，蔗糖溶膠納米硒體系具有較強(qiáng)的清除超氧陰離子的作用。

3 結(jié)語與展望

納米硒是一種紅色單質(zhì)硒，具有低毒高效的生理活性，粒徑是影響納米硒活性的重要因素。模板法穩(wěn)定納米硒與其他方法更具有優(yōu)勢(shì)，其所制備的納米硒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、均勻，分散性好。在功能食品、藥物、肥料、飼料、環(huán)境污染治理等方面具有重要的應(yīng)用前景。

盡管納米硒復(fù)合物在各方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用價(jià)值，但仍面臨許多挑戰(zhàn)。一方面選用合適的穩(wěn)定體系制備納米硒現(xiàn)階段僅僅是在實(shí)驗(yàn)室的大環(huán)境下完成的，其是否可以工業(yè)化生產(chǎn)尚未知曉，因此工業(yè)化生產(chǎn)納米硒至今是個(gè)關(guān)鍵的問題。目前納米硒的生產(chǎn)成本高是制約納米硒廣泛應(yīng)用的因素之一，工業(yè)化生產(chǎn)納米硒對(duì)其穩(wěn)定體系的選擇有著較高的要求，因此利用現(xiàn)代生物手段選擇高要求的穩(wěn)定體系，降低生產(chǎn)成本還有待繼續(xù)研究。另一方面，雖然納米硒復(fù)合物在抑菌、抗腫瘤以及抗氧化方面展現(xiàn)出較好的優(yōu)勢(shì)，但納米硒復(fù)合物對(duì)癌癥細(xì)胞或細(xì)菌細(xì)胞發(fā)揮各種生物學(xué)效應(yīng)的化學(xué)形式尚未被完全了解。納米硒復(fù)合物作為保健品，其在體內(nèi)的分布、代謝、排泄等情況并未知曉，未來需要開發(fā)一些分析檢測(cè)手段，尤其是熒光標(biāo)記技術(shù)等，跟蹤納米硒在體內(nèi)的代謝過程。因此，納米硒復(fù)合物在醫(yī)用以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用和產(chǎn)品開發(fā)，還需繼續(xù)探究與研究。