纳米硒复合物的研究进展

王 超，王威威，张文夷，昝丽霞，李新生，付 静，曲 东

（陕西理工大学生物科学与工程学院，陕西 汉中 723000）

1957 年科研工作者第一次证明了[1]元素硒是维持机体生命活动所必需的微量元素，且其具有多种重要的生物活性，尤其是抗氧化和抗癌活性。然而，硒的有效剂量和毒性剂量之间的极窄范围明显限制了它的实际应用。近几十年来的研究表明，硒的毒性与其化学形式密切相关，Zhang[2]的结果表明，直径小于100 nm 的红硒、零价硒和无机硒具有较好的生物活性。与其他化学形式的硒相比，其也具有较低的毒性[3]。

随着纳米技术的广泛应用，各个领域的研究者都开始利用纳米技术合成新型纳米材料。纳米硒是硒的一种新型制剂，它是在氧化还原体系下，利用还原剂还原亚硒酸钠获得的红色单质硒。然而，由于纳米硒表面能量高，通常不稳定，在水溶液中容易聚集，导致生物活性和生物利用度下降。因此，以生物分子为模板制备纳米硒已成为大趋势。选择合适的生物分子作为稳定纳米硒的修饰剂和调控剂，赋予纳米硒更多的生理功能以及强化纳米硒的生物活性，是制备医用或保健用纳米硒的研究方向。本文对模板法制备纳米硒复合物的稳定体系、生物活性进行综述，并分析总结其未来的发展趋势。

1 纳米硒复合物的稳定体系

应用纳米技术制备的纳米硒体系大部分为分散于水或高分子溶液的红色透明胶体溶液，主要以“元素硒－分散剂”形成表面覆盖或相互嵌套的形式存在[4]。采用化学方法制备纳米硒体系时，一般是利用亚硒酸盐、硒酸盐、二氧化硒等还原剂进行还原，并引入稳定剂或分散剂控制颗粒粒径。除此之外，还原剂还有维生素C、谷胱甘肽、亚硫酸钠、硫代硫酸钠等。根据制备元素硒－分散剂体系时使用稳定剂的不同可将其分为蛋白质类、碳水化合物类、多酚类。

1.1 蛋白质-硒纳米体系

Se 为氧族元素，极易与-OH、-COOH、-NH 等化学键结合。由于蛋白质的酰胺平面对单质硒有吸引作用的原理，可形成以蛋白质为分散剂的硒纳米体系[5]。Zhang[6]等在2001年以谷胱甘肽为还原剂、Na2SeO3为硒源、牛血清蛋白为稳定剂在pH 值为8 的条件下制备了粒径为20～60 nm，均一且稳定的红色纳米硒颗粒。该团队随后发现通过改变牛血清蛋白的浓度可以控制牛血清蛋白-纳米硒粒径的大小，增加牛血清蛋白的浓度有利于形成更小的纳米颗粒[7]。Kaur[8]等研究发现以变性牛血清蛋白为稳定剂，在高温的环境下通过调整牛血清蛋白与SeO2的比例可形成不同形态的硒纳米体系。研究者们还成功地制备了丝纤蛋白硒纳米体系，并可通过调整制备的温度来获取不同形态的纳米颗粒[9]。Feng[10]等以氨基酸（缬氨酸、天冬氨酸、赖氨酸）为稳定剂，制备一系列粒径约为120 nm 的纳米硒颗粒。Nasrolahi[11]等制备了粒径为110～150 nm 环肽纳米硒颗粒，在该体系中环肽既为稳定剂同时也为亚硒酸根的还原剂，该纳米体系因其表面官能团较多可作为抗癌药物（达沙替尼）的纳米运载体，进一步拓宽了纳米硒体系的应用范围。

1.2 碳水化合物类-硒纳米体系

天然多糖、寡糖以及单糖等分子均具有能与Se 结合的-OH 或-COOH，为稳定纳米硒元素提供了理论依据。黄飞[12]等人以葡萄糖还原亚硒酸钠，用体积分数15%的氨水作为溶剂，在微波加热100℃，反应20 min 的条件下，制备出的纳米硒的直径约为30～50 nm。Yang[13]等制备的单分散球形海藻多糖纳米硒颗粒，其在3 个月的常温贮藏后仍具有较好的稳定性，研究还发现其粒径随海藻多糖浓度（1～50 mg/L）的增大而减小并稳定在50 nm 左右。穆静静[14]等人以不同品种的茶多糖为模板制备纳米硒，结果表明不同品种茶树、茶类的粗多糖均有稳定纳米硒的作用，但普洱茶粗多糖作用最强，所构建的纳米硒直径最小，约为75 nm。陈琬雯[15]通过壳聚糖与硒结合成功构建了具有高稳定性的壳聚糖纳米硒和高硒含量的壳聚糖有机硒，显著增强壳聚糖和硒的抗氧化活性，而且合成的壳聚糖纳米硒和壳聚糖有机硒具有良好的抗肿瘤活性。这不仅为壳聚糖高附加值产品的开发提供理论支持，还拓宽了壳聚糖和硒在食品和医药等领域的实际应用。

1.3 多酚类-硒纳米体系

多酚类物质是天然抗氧化剂，硒元素是机体氧化还原酶系统的重要组成部分，研究者们尝试以多酚类物质还原无机硒，并同时扮演稳定剂角色，制备稳定的、高生物活性的纳米硒颗粒。成功制备的绿茶多酚纳米硒颗粒有更高的生物活性，但其颗粒极其不稳定，在pH=1.0的条件下会发生聚集，粒径逐渐变大并在1 h 内失去其纳米特性，此外绿茶多酚极易被氧化，限制了绿茶多酚纳米硒颗粒的应用[16]。武珊珊[17]等人也得出相似的结论，当其体系为弱碱环境时，表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）在控制形成的EGCG 纳米硒更加稳定，而当其体系为强酸环境时，EGCG分散的硒纳米颗粒大量聚集，纳米特征消失。XiGY[18]以绿茶中茶多酚、蛋白质和碳水化合物自发组成的生物活性胶体颗粒为新模板，通过抗坏血酸-亚硒酸钠氧化还原反应体系，成功构建了直径为50 nm的纳米硒，这为纳米硒的绿色合成提供了一个创新的策略，并提高了人们关于纳米硒和模板之间相互作用的基本知识。

2 纳米硒复合物的生物活性

2.1 抗菌活性

Huang[19]通过生物合成法制备了直径43～205 nm 的球形纳米硒粒子，并研究了它们的细胞毒性和抗菌活性与其粒径大小的关系。研究结果表明，纳米硒粒子的粒径越小，其抗菌活性愈强烈，粒径为81 nm 的纳米硒粒子表现出对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌具有最大的生长抑制和杀灭效果。曾分有[20]等人对比了普通不含硒与富硒后的红三叶草对大肠杆菌和沙门氏菌的抑菌效果，其研究表明，富硒后的红三叶草比普通不含硒的有着更强的抑菌作用。其有希望能够做成一种新型的抗菌剂[21]。而随着纳米技术的发展，重新制备合成的纳米硒比起普通的硒，具更显著、有效的抑菌效果。

2.2 抗肿瘤活性

众所周知，硒在抗病、抗肿瘤和免疫调节等方面起着至关重要作用。研究初期，人们大多致力于探索SeO2和亚硒酸盐的抗癌效果。Song[22]等的研究发现亚硒酸钠可以通过细胞凋亡来诱导细胞周期阻滞，从而更加高效地阻止鼠类黑色素瘤细胞的迁移。

近些年，研究者将目光转移至纳米硒上，生物源纳米硒能够诱发癌细胞的凋亡，进而有效控制癌细胞的繁殖扩散[23]。张榕[24]研究发现核桃蛋白酶解物-纳米硒能引起人乳腺癌细胞MCF-7 皱缩，细胞核内出现凋亡小体，DNA 片段化，从而使人乳腺癌细胞MCF-7 周期阻滞在S 期，诱导细胞早期凋亡。李玉红[25]等人对竹荪多糖纳米硒复合物对人肝癌细胞HepG-2 和人胃癌细胞MGC-803 的抗癌活性进行研究，其结果表明，竹荪多糖纳米硒复合物对两细胞具有明显的增殖抑制作用，但其并不能够诱导肿瘤细胞凋亡。郑晓凤[26]等人研究了桔梗多糖纳米硒复合物的抗肿瘤活性，其结果表明纳米硒对人肝癌细胞HepG-2细胞显示出更强的体外抗肿瘤活性。

2.3 抗氧化活性

纳米硒因具有小尺寸效应、表面效应等特性，从而使其表现出特殊的生物特性。众所周知，纳米硒具有较强的抗氧化效果，且粒径越小，其清除体内外的自由基的效率更高。秦修远等人对豌豆多肽纳米硒复合物进行抗氧化功能评价与对比，结果发现，亚硒酸钠仅对羟基自由基有较强清除能力，而豌豆多肽纳米硒对DPPH·和羟基（·OH）自由基具有较强的清除能力，并具有一定的Fe3+还原能力，从而证明纳米硒复合物比亚硒酸钠具有更好的抗氧化能力。包怡红等人对大豆多肽和多肽纳米硒复合物的抗氧化性进行比较分析，实验证明大豆多肽纳米硒复合物具有更好的清除DPPH·自由基、羟自由基（·OH）的能力。周艳晖等人利用蔗糖作为表面修饰剂制备纳米硒并对其抗氧化性进行研究，其研究结果表明，蔗糖溶胶纳米硒体系具有较强的清除超氧阴离子的作用。

3 结语与展望

纳米硒是一种红色单质硒，具有低毒高效的生理活性，粒径是影响纳米硒活性的重要因素。模板法稳定纳米硒与其他方法更具有优势，其所制备的纳米硒结构稳定、均匀，分散性好。在功能食品、药物、肥料、饲料、环境污染治理等方面具有重要的应用前景。

尽管纳米硒复合物在各方面展现出良好的应用价值，但仍面临许多挑战。一方面选用合适的稳定体系制备纳米硒现阶段仅仅是在实验室的大环境下完成的，其是否可以工业化生产尚未知晓，因此工业化生产纳米硒至今是个关键的问题。目前纳米硒的生产成本高是制约纳米硒广泛应用的因素之一，工业化生产纳米硒对其稳定体系的选择有着较高的要求，因此利用现代生物手段选择高要求的稳定体系，降低生产成本还有待继续研究。另一方面，虽然纳米硒复合物在抑菌、抗肿瘤以及抗氧化方面展现出较好的优势，但纳米硒复合物对癌症细胞或细菌细胞发挥各种生物学效应的化学形式尚未被完全了解。纳米硒复合物作为保健品，其在体内的分布、代谢、排泄等情况并未知晓，未来需要开发一些分析检测手段，尤其是荧光标记技术等，跟踪纳米硒在体内的代谢过程。因此，纳米硒复合物在医用以及其他领域的应用和产品开发，还需继续探究与研究。