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文献综述
一.引言
1.纳米颗粒的简介
纳米颗粒是粒径在10-1000 nm，人工制造的微型颗粒，这些微粒可以是分散体，也可以是固体颗粒。纳米颗粒具有纳米效应，将其制成纳米材料并运用到光学、力学、磁学等方面可大大提高纳米颗粒的性能，在生物医学、化学、电子等方面的应用具有较高的研究价值和广阔的市场前景[1]。纳米颗粒可以将生物中的活性成分经由包埋的过程并将其递送到特定的部位，从而使纳米颗粒具有控释作用。在控释的过程中，纳米颗粒可以减少食物中营养成分的损失，从而免于食物营养的流失[2]。
纳米颗粒几种制备方法。见表1。
表 1 纳米颗粒的制备方法
Table 1 reparation for nanoparticle
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制备方法 |
影响因素 |
特点 |
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球磨法 |
机械球磨方式、助磨剂、球磨时间、球/料质量比 |
湿球磨法可以促进物料水化的进程，并以PEG400或PVP为助磨剂，使前躯体具有良好的分散性，同时增加球磨时间和球/料质量比，有助于获得粒度分布均匀且粒径小的纳米颗粒[3]。 |
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火焰气相沉积法 |
火焰结构、先驱物种类、反应物流速和浓度、过饱和度、反应温度 |
双扩散火焰可使纳米颗粒的粒径减小，从而获得较大的表面积。加入有机金属可以获得较大粒径的纳米颗粒。当反应物的流速减慢时，纳米颗粒的粒径随之减小，可以改变物料的浓度从而控制粒径的大小。当温度升高时，过饱和率上升，促进了纳米颗粒的细化[4]。 |
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水热法 |
前驱物粒子浓度、反应溶液pH、处理温度 |
前驱物粒子浓度为0.7，反应溶液的pH值为11时纳米颗粒的粒径较大，纯度较高，当处理温度为160℃时，出现团聚现象[5]。 |
2.叶黄素简介
叶黄素（Lutein，C40H56O2），又叫植物黄体素，属于类胡萝卜素，橙黄色脂溶性物质，通常不溶解于水，但可溶于油脂、树脂等有机化合物中，在蔬菜、水果、花卉中普遍存在，一般情况下以叶黄素酯的形式存在[6﹑7]，无毒无害。叶黄素是重要的天然色素，故在食品和化妆品领域中，可用作色素添加剂，在动物的组织中，可作为增色剂[8]。叶黄素在人体和动物体内不可自身合成，必须通过摄入食物来获取。此外，叶黄素具备多种生物活性的性能，可作为天然成分运用到保健品中。它能够保护视觉，缓解视力疲劳、眼睛干涩；提高机体抗氧化的本领，预防冠心病、肿瘤等疾病；促成机体产生免疫反应，提高细胞免疫的本领；避免紫外线损伤皮肤，使皮肤具有弹性，维持皮肤处于健康的状态等[9]。但叶黄素的化学性质不稳定，极易遭到光和热等环境要素的影响而被降解，其保存方法需在阴凉干燥处，密封保管，同时这也在一定程度上阻碍了叶黄素在医学和食品等方面的运用[10]。
3.水凝胶简介
水凝胶是由天然或合成的高分子经由交联过程形成的三维网络体系，能将水和生物流体所吸收，具备高吸水高保水的能力，具有优良的柔韧机能，类似于活组织。水凝胶内部存在交联网络，可以将生物大分子或者难溶性物质负载在上面，从而有利于营养成分的进入和代谢产物的排除[11]。在医学方面，可以对局部进行治疗，对药物释放的速度进行控制，从而减轻药物带来的副作用。基于水凝胶具备生物可降解性、生物相容性的特点，其在生物医学领域也有重要的应用，可以作为一种生物材料[12]。水凝胶具有热力学性质，可以通过感受人类生理环境中的变化进行溶胀，调节药物释放速率，起到减小药物的副作用并延长了治疗时间的作用[13]，同时对其中加载的药物进行保护[14]，因此被用作药物控释的载体。
二.国内外研究状况
1. 纳米颗粒的研究进展
20世纪60年代，科学家的研究开始延伸到纳米颗粒领域[1]。Gleiter等初次在惰性气体凝聚法的基础上制备出铁纳米颗粒，开始探索纳米颗粒材料的新世界。随后，许多国家研究人员研制出了纳米颗粒材料[15]。
Gosangari等[16]通过制备姜黄素纳米脂质体，来探讨不同的纳米颗粒制备方法对其的影响，从而得到使其具有较高包封率的制备方法，提高了姜黄素的利用率；徐贤柱等[17]利用薄膜超声法制备绿原酸纳米脂质体，得到了基于此方法其有较高的包封率和载药量，且有缓释作用，延长了抑菌时间。管晓等[18]通过液相法制备大麦醇溶蛋白-白藜芦醇纳米颗粒，发现蛋白质有抗氧化的特性，使得蛋白质在纳米颗粒的传递体系中对其中的生物活性成分起到了稳定的作用。Yadav等[19]通过制备壳聚糖纳米颗粒且纳米颗粒中含有的姜黄素的直径小于50 nm，并将其实施到小鼠体内，观察小鼠的生存情况，结果发现纳米颗粒中包埋的姜黄素对小鼠起到了保护作用，并降低了毒性。Katuwavila等[20]制备了粒径在15-30 nm的海藻酸钠纳米颗粒且纳米颗粒中含有铁离子，结果发现采用离子凝胶法制备纳米颗粒的方法延长了铁离子的释放时间并营造了良好的耐酸环境。
单一材料制备纳米颗粒可以对其中包埋的活性成分进行有效保护，但在实际的运用上如其中的活性成分易从纳米颗粒的间隙中漏出，导致降低了包封率等问题。为了达到预期效果，使其中的生物活性成分免于受到损害，同时提高包封率，研究人开始研究通过使用复合材料来制备。Bhunchu 等[21]制备了海藻酸钠-壳聚糖复合纳米颗粒，同时制备了空白对照海藻酸钠纳米颗粒，两组都用来包埋姜黄素，结果发现，使用复合材料的纳米颗粒的包封率高，且性质稳定。Hu等[22]通过制备玉米醇溶蛋白-过胶的复合纳米颗粒来讲姜黄素包埋其中，结果发现基于疏水作用，玉米醇溶蛋白和姜黄素结合，姜黄素有较高的包封率，使得纳米颗粒的水溶性较好，因此，能够研发一些姜黄素的功能性饮料。Chuacharoen等[23]通过设置空白对照组使用表面活性剂来制备玉米醇溶蛋白-叶黄素纳米颗粒，发现叶黄素有良好的控释能力和抗氧化性能，之后再用普朗尼克F127和卵磷脂的复合剂优化叶黄素，发现叶黄素的缓释作用进一步增强了。
2. 叶黄素的研究进展
美国食品和药物管理局（FDA）在20世纪末批准可将叶黄素作为食品营养强化剂和食品添加剂运用到食品领域中，中国则在2007年起对叶黄素的允许适用范围及使用剂量做了相应的规定。在中国，科研人从万寿菊中提取了高含量的叶黄素晶体，叶黄素的来源主要来源于叶黄素晶体，中国新昌制药厂利用微胶囊技术成功研制出了10%叶黄素酯和5%叶黄素干粉，极大提高了叶黄素的利用率，并充分发挥了叶黄素的功能，使其可以满足特殊人群对疾病预防的需要。在国外，美国Kemni公司以生产叶黄素晶体为主，德国Cognis公司以生产叶黄素酯为主，瑞士Roche公司以生产5%冷水分散干性的叶黄素和5%药用片剂型的叶黄素为主。为了扩大叶黄素的市场和商业价值，使叶黄素产品的多样化以及满足特殊人群的需求 ，美国Kemin 公司研制出含有叶黄素的功能性饮料，伊利和贝因美也研制出了富含叶黄素的奶粉[2]。
基于叶黄素易被降解，在人体内的利用率低，且在食品和医药方面对充分利用并发挥叶黄素功能的制备技术尚且还不够成熟，仍然处于研发阶段等缺点对叶黄素的广泛应用造成了威胁[24]。
3. 水凝胶的研究进展
水凝胶基于具备生物相容性、生物可降解性、高力学强度等优点，在药物、食品、化妆品等范畴中广泛应用。徐晖等[25]研究了不同pH条件下，将维生素B12和氢澳酸右美沙芬加载在甲基丙烯酸-泊洛沙姆的共聚物水凝胶中，并对水凝胶中加载物的释放行为进行阐明，研究结果显示，水凝胶在中性或者碱的环境中，其对药物释放的速率明显提高，在酸性环境中，水凝胶对药物不进行释放。苗樱等[11]制备了以戊二醛和钙离子分别交联壳聚糖、海藻酸钠的双重交联水凝胶，研究结肠靶向水凝胶在口服抗癌类药物中的性能，结果发现结肠靶向材料可以调节药物释放行为，降低了药物通过胃肠道时与蛋白酶类接触的机率，使得药物可在体内正确的部位进行有效接触与释放。
研究人发现高分子多糖具有天然可降解、生物相容性等特点，近年来开发了许多多糖水凝胶材料，广泛应用于医疗卫生方面，在食品、化妆品、农业以及环保方面的研究相对较少[26]。Sharma等[27]基于两部自由基聚合法制备导电水凝胶，将聚苯胺链导入丙烯酸/瓜尔胶体中，结果发现此水凝胶可以作为吸附剂用于色素的吸附，同时还起到抑制革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌的作用。Roy等[28]研究食品包装材料的可降解性能，通过制备聚乙烯吡咯烷酮-羧甲基纤维素水凝胶发现聚乙烯吡咯烷酮与羧甲基纤的比例为1:4时，此包装材料具有良好的可降解性。Abedi-Koupai等[29]通过在相同土壤中是否加入水凝胶和在不同的土壤中加入水凝胶的实验来研究水凝胶的持水性能，结果发现水凝胶具备高保水的功能，从而可以将其运用到农业灌溉上，可以大大减少了灌溉次数。
4. 水凝胶中纳米颗粒释放的研究进展
水凝胶的力学性能在实际应用领域受到了限制，因其易受到细菌的污染，大大阻碍了水凝胶在伤口敷料领域的运用。李秀奇等[30]制备了聚乙烯醇/聚氨酯的复合型水凝胶，将依诺沙星插层的层状双氢氧化物导入其中，并分析其中水含量、力学的变化以及药物释放行为，结果发现，导入了层状双氢氧化物的复合型水凝胶具有良好的保水性和力学性能，同时对药物有缓释作用，促进了伤口敷料的材料研发。
近年来，科研人将水凝胶的研究着重放在智能型水凝胶方面，将其运用到药物控释领域。智能型水凝胶同时具有水凝胶性子，会遭到环境中的温度、光照、pH等的影响。潘亚辉等通过将事先制备好的氧化铁纳米颗粒与pNIPAM水凝胶结合，基于不同的温度研究其体外药物释放行为，结果发现，近红外光在25℃时能促进此智能型水凝胶中药物的释放，且在42℃时，释放药物的累积量较高，药物在24 h内基本可大部分释放，表明该智能型水凝胶可以用来装载药物，并且在有近红外光的条件下，会改变其释放药物的行为[31]。
三.实验内容
1.负载叶黄素纳米颗粒的海藻酸钠水凝胶的制备
通过将鹰嘴豆分离蛋白、叶黄素分别进行溶解，并按一定的比例进行混合、搅拌、浓缩得到叶黄素纳米颗粒[32]。将叶黄素纳米颗粒与海藻酸钠溶液混合均匀，通过加入不同浓度的Ca2 且有一定比例的Ca2 -EGTA溶液与GDL溶液，来诱导Ca2 释放，使得海藻酸钠凝胶化[33]。
2.包封率和装载量的测定
通过超声破碎仪来提取水凝胶中的叶黄素，之后利用离心机、紫外分光光度计测定离心后上清液中的吸光值，通过计算得到叶黄素的含量[12]，从而得到叶黄素的装载量和包封率。
3.不同pH缓冲液中叶黄素纳米颗粒释放率的测定
通过制备不同pH的磷酸缓冲液来模拟胃、小肠、结肠中的溶液环境[12]，之后分别加入相同质量的叶黄素纳米颗粒进行释放实验。将叶黄素提取并用酶标仪测定其吸光值，经过计算得到叶黄素的累计释放率[34]。
4.测定叶黄素纳米颗粒释放后的平均径粒
将释放后的叶黄素纳米颗粒利用纳米粒度电位仪，通过动态光散射法测定释放介质中叶黄素纳米颗粒的粒径[35]，并与叶黄素纳米颗粒在释放介质中的粒径进行比较，分析纳米颗粒在被水凝胶包封后，对释放介质中纳米颗粒尺寸的影响。
四．实验研究的目的与意义
叶黄素作为天然色素和天然保健品，对人体的生理功能起着调节作用，但叶黄素易受到环境的因素而被降解，从而阻碍了其在食品、医学领域的运用。本课题研究：通过原位释放法制备不同浓度Ca2 （Ca2 含量为3mM、6mM、9mM、12mM、15mM）交联的负载叶黄素纳米颗粒的海藻酸钠水凝胶，测定叶黄素的包封率和装载量，通过体外释放实验确定叶黄素纳米颗粒释放的环境，测定叶黄素纳米颗粒在释放过程中粒径大小的变化，分析水凝胶中叶黄素纳米颗粒体外释放的特性。海藻酸钠水凝胶能维持活性物质稳定性并控制其靶向传递，同时还发挥了纳米颗粒具有控释作用的特点，充分利用叶黄素，扩大了叶黄素的利用率和市场前景，为叶黄素在新领域的研发奠定了基础。
参考文献
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资料编号：[249240]
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纳米颗粒几种制备方法。见表1。
表 1 纳米颗粒的制备方法
Table 1 reparation for nanoparticle
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