多糖作为生命体中的一个重要组成部分已日益引人注目。研究生物大分子自组装行为是了解生命起源的有效途径。一束纤维素分子矩阵排列成基本微纤,再进-步组成细胞壁,以及甲壳素分子互相缠结形成纳米纤维,再与蛋白质、矿物质结合形成虾、蟹的壳,这都是与它们的链刚性密切相关。同时,三螺旋香菇葡聚糖、黑木耳多糖以及茯苓多糖衍生物都表现高度特异性免疫增强作用,也与它在体内特殊的刚性链构象和特异性分子识别有关。黑木耳是我国珍贵的药食兼用真菌,产量大,历史悠久。然而迄今为止,有关黑木耳水溶性β-D-葡聚糖刚性链结构和功能的研究很少见报道。本论文以黑木耳为原料,创建一种简易,条件温和的工艺提取分离得到刚性β-D-葡聚糖。通过高分子溶液理论和方法,确定其分子量、分子尺寸及不同条件下的链构象转变。基于该多糖的刚性链构象和氢键作用,通过自组装过程构建一系列超分子结构,为揭示自然界中植物细胞壁的形成过程和生命现象提供新思路。同时,研究在不同条件下(热和强极性溶剂)的链构象转变行为以弄清楚其多种氢键作用。本工作涉及高分子物理、纳米科学、材料科学和生物化学等多学科交叉,也是国际前沿研究领域之一。本论文的主要创新包括以下几点：(1)首次从黑木耳中分离提取出一种水溶性β-(1→3)-D-葡聚糖(AF1),并证明它为梳形链结构,在水中以刚性链构象存在,而在二甲亚砜(DMSO)中转变为柔顺链；(2)首次揭示AF1具有平行自取向和自组装行为,在水中迅速自组装成空心纳米纤维、薄片和空心纤维；(3)利用聚集诱导发光(AIE)的荧光探针证明纳米纤维的疏水空腔;该纤维具有优良力学性能和耐油性；(4)揭示AF1组分在水溶液中发生从刚性链到柔顺链的热致构象转变,在DMSO/水混合溶液中发生刚性链-无规线团链构象转变,且该过程不可逆；(5)揭示差示扫描量热法和粘度法结合可表征AF1在DMSO/水混合溶液中多重链构象转变及其氢键作用。本论文主要研究内容和结论概括如下。采用0.15M NaCl水溶液在高温下(80～100℃)从黑木耳子实体中首次提取并纯化得到一种水溶性中性多糖AF1。通过气相色谱(GC)、气相色谱一质谱联用(GC-MS)和核磁共振光谱(NMR)等方法确定AF1为β-(1→3)-D-葡聚糖,其主链上每三个葡萄糖残基带有两个β-(1→6)-葡聚糖残基的侧链,显示梳形链结构。利用静态光散射(LLS)和尺寸排除色谱-激光光散射仪联用(SEC-LLS)确定AF1在水中和二甲基亚砜(DMSO)中分别为刚性链和柔顺链。AF1在水溶液中显示高的特性粘数([η]=1753mL／g)和构象参数ρ(=2.3)表明它以刚性链构象存在于水中。原子力显微镜(AFM)结果直接证明AF1在水溶液中呈现伸展的刚性链构象。实验结果分析表明支化结构赋予AF1较好的水溶性,分子内氢键维持其链刚性。流变学研究证明AF1水溶液具有剪切变稀流变行为,并呈现高于黄原胶的增稠性,展示其在食品领域的潜在应用。成功从黑木耳AF1多糖水溶液(浓度为0.02g/mL)中纺出高强度空心纤维。利用单分子力谱(SMFS)和透射电镜(TEM)进一步证实AF1在水中呈刚性链构象,并且分子链发生平行自取向,进一步自组装成纳米纤维。扫描电镜(SEM)结果显示,AF1在稀水溶液能够自组装形成直径约为100nm、长达几十微米的纳米纤维。聚集诱导发光(AIE)荧光探针四苯乙烯基磺酸盐(TPE-SO3Na)与AF1的混合溶液显示AF1形成纤维发蓝色荧光,由此证明AF1纤维具有疏水空腔结构。因为在水溶液中不发光的TPE-SO3Na通过疏水作用进入到空腔,从而导致聚集诱导发光。在浓溶液中,SEM和偏光显微镜结果证实纳米纤维有序排列成薄片,并卷曲形成空心纤维。该空心纤维具有优良力学性能、耐有机溶剂性和双折射性。由此,提出描述AF1通过多级自组装过程构建空心纤维的模型。这种新材料可望作为一类新的纤维状载体用于药物释放、荧光监测细胞移植过程中的细胞增殖,生物分子识别(e.g.DNA)等。多糖在加热条件下的热稳定性对其应用于食品和医药领域非常重要。通过粘度法、动态光散射(DLS)和SEC-LLS测定了中等分子量的多糖组分AF1-1在25～170℃的温度范围内的溶液性质。实验结果表明,在温度为140～160℃的窄范围内加热30min后,AF1-1的粘度、流体力学半径(Rh)和Mw同时急剧下降,表明AF1-1的水溶液在该温度区发生由刚性链向柔顺链的构象转变。AF1-1刚性链与柔顺链共存在此转变区。SEM和AFM结果进一步证明AF1-1在水中形成伸展的纳米纤维,它在高于155℃时破坏成柔顺线团链,导致有序结构消失。在140～160℃下发生链构象转变,而且为不可逆行为。然而,AF1-1在低于140℃时,其链形状和链刚性保持稳定,几乎不随温度升高而变化；仅在高于160℃时,AF1-1才发生化学键断裂,导致分子量下降。由此表明,多糖AF1-1使用的温度区间很宽,具有优良的热稳定性。采用粘度法和光散射(DLS/SLS)研究了AF1在DMSO/水混合溶液中构象转变。实验证明AF1在水中以刚性链构象存在,而在DMSO溶液中为柔顺线团链。将AF1直接溶于不同DMSO体积分数(vDMSO)的混合溶液中时,其构象转变区为vDMSO=0.8～1；将溶液透析足够长时间后,其构象转变区变窄,为vDMSO,D=0.9～1,表明透析使三相体系达到渗透平衡,更有利于多糖分子的分散。在AF1的DMSO溶液中加入少量水分,可导致它的粘度和分子尺寸迅速增大,表明AF1形成氢键的能力非常强,可迅速与水形成新的分子内氢键使链伸展。光散射分析表明,当AF1处于转变区时,Rh值对角度依赖性变弱,且ρ=1.7～1.8,表明它为较柔顺链；而处于粘度平台区时,Rh值表现显著的角度依赖性,且ρ>2,表明它主要以伸展的刚性链及其聚集体存在另外,AF1的复性行为研究指出,其粘度和分子尺寸并没有随水含量增加而显著增大,表明在DMSO/水溶液中发生的构象转变不可逆。延长复性时间,则导致多组分平衡体系。通过13C NMR.粘度法和差示扫描微量热法(US-DSC)研究了AF1的DMSO/水体系在加热条件下发生的氢键作用和多重链构象变化。13C NMR表明,随VDMSO减小至0.7,AF1碳信号逐渐消失,揭示在DMSO中已转变为柔顺链的AF1分子链会变为刚性链并形成大量微凝胶聚集体。同时侧链C2t和C4t信号减弱,表明侧链通过与水分子团簇的协同氢键作用而固定。US-DSC分析表明,这种弱的协同作用在温度为0～70.6℃下易破坏,使分子主链更容易转动,且具有可逆性。在该温度区,由于DMSO和水竞争与AF1分子链的羟基形成氢键,当VDMSO<0.7时,转变温度随VDMSO增加而升高,表明DMSO体现对AF1水合聚集体的溶剂化作用。然而当VDMSO>0.7时,转变温度随VDMSO增加而降低,DMSO取代水与AF1形成新的氢键,导致链变柔顺。粘度数据表明,当VDMSO<0.9时,AF1在高温区(95～160℃)的粘度随温度升高而急剧下降,且VDMSO=0.7的试样转变点与AF1在纯水中的接近,表明由于分子内和分子间氢键同时破坏,导致AF1从刚性链转变为柔顺链。因此,AF1在DMSO/水体系中在不同温度和不同DMSO比例条件下会发生多重构象转变。上述系列基础研究确定了黑木耳刚性链葡聚糖的结构、分子尺寸及其在溶液中的链构象,以及揭示其特殊自组装行为。由此,本工作为揭示多糖在生命科学领域的应用提供了有价值的科学数据,具有重要学术价值。同时,也为黑木耳在中医药和食品领域的深入研究与开发提供了依据,具有应用前景。