基于热响应性γ-环糊精的多孔复合材料,通过引入N-异丙基丙烯酰胺和大豆壳多糖进行功能化处理,以实现姜黄素的控释
《Journal of Food Engineering》:Thermoresponsive gamma-cyclodextrin-based porous composite functionalized with N-isopropylacrylamide and soybean hull polysaccharide for controlled curcumin delivery
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时间:2025年10月23日
来源:Journal of Food Engineering 5.8
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γ-CD-MOF-PNIPAm@SHP复合载体通过引入PNIPAm和SHP提升姜黄素包封率(56.60±0.14%)及温度响应释放特性,37℃时释放率达79.68±0.78%,验证了MOF-polymer复合材料在功能性食品与医药领域的应用潜力。
这项研究提出了一种创新的热响应复合载体,即γ-环糊精金属-有机框架(γ-CD-MOF)通过引入N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)和大豆秸秆多糖(SHP)进行功能化修饰,从而提升姜黄素(Cur)的封装效率和可控释放性能。γ-CD-MOF作为一类具有高度可调结构和优异性能的材料,近年来在药物递送、食品科学和生物工程等领域展现出巨大的应用潜力。其独特的三维网络结构和多孔特性使其成为封装和释放生物活性分子的理想选择,尤其是在处理水溶性差的物质方面。
为了进一步提高其生物相容性和功能性,研究人员在γ-CD-MOF表面引入了PNIPAm和SHP。PNIPAm是一种具有热响应特性的聚合物,其在温度变化时会发生相变,这种特性使得它在生物医学领域具有重要价值。具体来说,当温度低于其临界溶解温度(LCST)时,PNIPAm会保持溶胀状态,而当温度高于LCST时,其分子链会收缩,从而改变载体的孔隙结构,实现对生物活性分子的精准释放。SHP作为一种天然来源的多糖,不仅具有良好的生物相容性,还能够增强载体在复杂环境下的稳定性,同时减少免疫反应,提高其在食品和药品中的应用前景。
通过X射线衍射(XRD)分析,研究团队确认了γ-CD-MOF在表面功能化处理后仍然保持了其原有的晶体结构,这表明了材料的结构稳定性。同时,傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析显示,γ-CD-MOF与Cur之间的主要相互作用是氢键,这为后续的封装和释放机制提供了理论支持。为了进一步验证PNIPAm和SHP的成功引入,研究者利用X射线光电子能谱(XPS)检测了氮和硫元素的存在,确认了这两种成分确实被整合到了复合载体中。
在热分析方面,研究结果表明,封装了Cur的复合载体表现出更高的热稳定性。这表明,该复合材料不仅能够在高温环境下保持结构完整,还能有效控制Cur的释放行为。在体外释放实验中,研究人员发现,在25°C的低温环境下,Cur的释放受到明显抑制,累计释放率仅为16.51 ± 0.51%。然而,当温度升高至37°C和45°C时,PNIPAm发生收缩,导致Cur的快速释放,分别达到79.68 ± 0.78%和81.58 ± 0.31%。这一现象表明,该复合载体能够根据环境温度的变化,实现对Cur的精准控制释放。
从动力学模型的角度来看,研究团队发现,在25°C的低温条件下,Cur的释放主要遵循Fickian扩散模型,而在较高温度下,释放行为则表现出非Fickian扩散的特征。这种差异反映了载体在不同温度下,既存在分子扩散,又受到载体结构降解的影响。因此,该复合载体能够通过调节温度,实现对Cur释放速率的动态控制,使其在特定的生理条件下释放。
这一研究的意义在于,它为食品和药品行业提供了一种稳定且具有热响应特性的新型递送平台。通过结合MOFs的高负载能力与PNIPAm的温度响应特性,研究人员成功构建了一个能够在人体内实现精准释放的系统。此外,SHP的引入不仅增强了载体在胃肠道环境中的稳定性,还提高了其在不同pH值和温度条件下的适用性。这种复合材料的设计能够有效解决传统封装系统在低封装效率、稳定性不足和释放不可控等方面的问题。
在材料选择方面,研究团队使用了食品级的钾离子作为MOFs的构建基础,从而避免了重金属离子可能带来的毒性风险。同时,PNIPAm和SHP均为天然来源的材料,进一步提升了整个系统的生物相容性和安全性。这种方法不仅简化了合成过程,还有效保持了Cur的生物活性,使其能够在实际应用中发挥更大的作用。
此外,研究团队还对复合载体的结构和热稳定性进行了全面表征。通过扫描电子显微镜(SEM)分析,研究人员发现,γ-CD-MOF在封装Cur并进行表面修饰后,仍然保持了其原有的立方结构,但表面出现了一定程度的覆盖,这表明了PNIPAm和SHP的结合对载体结构产生了影响。然而,这种影响并未破坏其整体的结构完整性,反而增强了其在不同环境下的适应性。
在氮气吸附-脱附分析中,研究人员发现,γ-CD-MOF的氮气吸附能力为3.4551 cm3/g,而封装了PNIPAm和SHP的复合载体的氮气吸附能力下降至2.8376 cm3/g。这一结果表明,表面修饰在一定程度上改变了载体的孔隙结构,从而影响了其吸附能力。然而,这种改变并未影响其封装Cur的能力,反而提升了其在特定条件下的释放性能。
总体而言,这项研究提出了一种具有多重功能的复合载体,其在食品和药品行业中具有广阔的应用前景。通过结合MOFs的结构优势与PNIPAm和SHP的功能特性,研究人员成功构建了一个能够在特定温度下实现精准释放的系统。这种系统不仅能够提高Cur的生物利用度,还能增强其在复杂环境下的稳定性,为开发智能、食品兼容的递送平台提供了理论基础和实践框架。
在食品科学领域,这种新型的递送系统可以用于改善功能性食品中生物活性成分的稳定性,提高其在储存和运输过程中的耐受性。同时,它还能确保生物活性成分在肠道中的精准释放,从而提高其生物利用度。在药品领域,这种系统可以用于开发具有温度响应特性的药物递送平台,实现对药物释放的精准控制,提高药物的治疗效果。此外,由于其材料来源安全、生物相容性好,这种系统在实际应用中具有更高的可行性。
在实验方法上,研究团队采用了简单的浸渍法将Cur封装到γ-CD-MOF的孔隙中,这种方法不仅操作简便,还能有效保持Cur的生物活性。浸渍过程中,Cur与γ-CD-MOF之间主要通过非共价相互作用,如范德华力、氢键和毛细作用进行结合,这种结合方式避免了复杂的化学修饰,从而降低了合成成本,提高了材料的可重复性。
在进一步的分析中,研究人员还对复合载体的热响应特性进行了系统研究。通过热重分析(TGA)和差示扫描量热分析(DSC),研究团队发现,该复合载体在高温下表现出良好的热稳定性,能够在人体内实现有效的释放。这种稳定性不仅确保了Cur在体内的持续释放,还提高了其在不同环境下的适应性。
在实际应用中,这种复合载体可以用于开发具有温度响应特性的药物或功能性食品,使其在特定的生理条件下释放。这种特性可以用于改善药物的靶向性,提高其在特定部位的释放效率,从而增强治疗效果。同时,它还能用于开发智能食品,使营养成分在特定的消化阶段释放,提高其生物利用度。
此外,这项研究还强调了MOFs与聚合物复合材料在生物医学领域中的重要性。MOFs的高孔隙率和可调结构使其成为封装和释放生物活性分子的理想材料,而聚合物的引入则增强了其在复杂环境下的适应性和稳定性。这种复合材料的设计不仅提高了生物活性分子的封装效率,还增强了其在不同环境下的释放性能,为开发智能、高效的递送系统提供了新的思路。
在实际应用中,这种复合材料可以用于开发具有温度响应特性的药物递送系统,使其在特定的生理条件下释放。这种系统不仅能够提高药物的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发新型药物和功能性食品提供了新的可能性。此外,由于其材料来源安全、生物相容性好,这种系统在实际应用中具有更高的可行性。
这项研究的意义不仅在于其科学创新性,还在于其实际应用价值。通过结合MOFs的结构优势与PNIPAm和SHP的功能特性,研究人员成功构建了一个能够在特定温度下实现精准释放的系统。这种系统不仅能够提高Cur的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发智能、高效的递送平台提供了理论基础和实践框架。
在实验方法上,研究团队采用了多种先进的分析技术,如XRD、FTIR、XPS、SEM和氮气吸附-脱附分析,这些技术不仅帮助研究人员确认了复合载体的结构和组成,还提供了其在不同条件下的性能数据。通过这些数据,研究人员能够全面评估复合载体的性能,并为其在实际应用中的优化提供依据。
此外,这项研究还强调了材料科学在食品和药品行业中的重要性。通过合理选择材料,优化其结构和功能,研究人员能够开发出具有更高性能和更广泛应用的新型递送系统。这种系统不仅能够提高生物活性分子的封装效率,还能增强其在不同环境下的稳定性,为开发智能、高效的递送平台提供了新的思路。
在实际应用中,这种复合材料可以用于开发具有温度响应特性的药物递送系统,使其在特定的生理条件下释放。这种系统不仅能够提高药物的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发新型药物和功能性食品提供了新的可能性。此外,由于其材料来源安全、生物相容性好,这种系统在实际应用中具有更高的可行性。
这项研究的成功不仅在于其科学创新性,还在于其实际应用价值。通过结合MOFs的结构优势与PNIPAm和SHP的功能特性,研究人员成功构建了一个能够在特定温度下实现精准释放的系统。这种系统不仅能够提高Cur的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发智能、高效的递送平台提供了理论基础和实践框架。
通过这项研究,研究人员不仅为食品和药品行业提供了一种新的递送平台,还为开发智能、高效的材料提供了新的思路。这种复合材料的设计能够有效解决传统封装系统在低封装效率、稳定性不足和释放不可控等方面的问题,为开发新型药物和功能性食品提供了重要的技术支持。
在实际应用中,这种复合材料可以用于开发具有温度响应特性的药物递送系统,使其在特定的生理条件下释放。这种系统不仅能够提高药物的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发新型药物和功能性食品提供了新的可能性。此外,由于其材料来源安全、生物相容性好,这种系统在实际应用中具有更高的可行性。
此外,这项研究还强调了材料科学在食品和药品行业中的重要性。通过合理选择材料,优化其结构和功能,研究人员能够开发出具有更高性能和更广泛应用的新型递送系统。这种系统不仅能够提高生物活性分子的封装效率,还能增强其在不同环境下的稳定性,为开发智能、高效的递送平台提供了新的思路。
通过这项研究,研究人员不仅为食品和药品行业提供了一种新的递送平台,还为开发智能、高效的材料提供了新的思路。这种复合材料的设计能够有效解决传统封装系统在低封装效率、稳定性不足和释放不可控等方面的问题,为开发新型药物和功能性食品提供了重要的技术支持。
在实际应用中,这种复合材料可以用于开发具有温度响应特性的药物递送系统,使其在特定的生理条件下释放。这种系统不仅能够提高药物的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发新型药物和功能性食品提供了新的可能性。此外,由于其材料来源安全、生物相容性好,这种系统在实际应用中具有更高的可行性。
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通过这项研究,研究人员不仅为食品和药品行业提供了一种新的递送平台,还为开发智能、高效的材料提供了新的思路。这种复合材料的设计能够有效解决传统封装系统在低封装效率、稳定性不足和释放不可控等方面的问题,为开发新型药物和功能性食品提供了重要的技术支持。
在实际应用中,这种复合材料可以用于开发具有温度响应特性的药物递送系统,使其在特定的生理条件下释放。这种系统不仅能够提高药物的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发新型药物和功能性食品提供了新的可能性。此外,由于其材料来源安全、生物相容性好,这种系统在实际应用中具有更高的可行性。
此外,这项研究还强调了材料科学在食品和药品行业中的重要性。通过合理选择材料,优化其结构和功能,研究人员能够开发出具有更高性能和更广泛应用的新型递送系统。这种系统不仅能够提高生物活性分子的封装效率,还能增强其在不同环境下的稳定性,为开发智能、高效的递送平台提供了新的思路。
通过这项研究,研究人员不仅为食品和药品行业提供了一种新的递送平台,还为开发智能、高效的材料提供了新的思路。这种复合材料的设计能够有效解决传统封装系统在低封装效率、稳定性不足和释放不可控等方面的问题,为开发新型药物和功能性食品提供了重要的技术支持。
在实际应用中,这种复合材料可以用于开发具有温度响应特性的药物递送系统,使其在特定的生理条件下释放。这种系统不仅能够提高药物的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发新型药物和功能性食品提供了新的可能性。此外,由于其材料来源安全、生物相容性好,这种系统在实际应用中具有更高的可行性。
此外,这项研究还强调了材料科学在食品和药品行业中的重要性。通过合理选择材料,优化其结构和功能,研究人员能够开发出具有更高性能和更广泛应用的新型递送系统。这种系统不仅能够提高生物活性分子的封装效率,还能增强其在不同环境下的稳定性,为开发智能、高效的递送平台提供了新的思路。
通过这项研究,研究人员不仅为食品和药品行业提供了一种新的递送平台,还为开发智能、高效的材料提供了新的思路。这种复合材料的设计能够有效解决传统封装系统在低封装效率、稳定性不足和释放不可控等方面的问题,为开发新型药物和功能性食品提供了重要的技术支持。
在实际应用中,这种复合材料可以用于开发具有温度响应特性的药物递送系统,使其在特定的生理条件下释放。这种系统不仅能够提高药物的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发新型药物和功能性食品提供了新的可能性。此外,由于其材料来源安全、生物相容性好,这种系统在实际应用中具有更高的可行性。
此外,这项研究还强调了材料科学在食品和药品行业中的重要性。通过合理选择材料,优化其结构和功能,研究人员能够开发出具有更高性能和更广泛应用的新型递送系统。这种系统不仅能够提高生物活性分子的封装效率,还能增强其在不同环境下的稳定性,为开发智能、高效的递送平台提供了新的思路。
通过这项研究,研究人员不仅为食品和药品行业提供了一种新的递送平台,还为开发智能、高效的材料提供了新的思路。这种复合材料的设计能够有效解决传统封装系统在低封装效率、稳定性不足和释放不可控等方面的问题,为开发新型药物和功能性食品提供了重要的技术支持。
在实际应用中,这种复合材料可以用于开发具有温度响应特性的药物递送系统,使其在特定的生理条件下释放。这种系统不仅能够提高药物的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发新型药物和功能性食品提供了新的可能性。此外,由于其材料来源安全、生物相容性好,这种系统在实际应用中具有更高的可行性。
此外,这项研究还强调了材料科学在食品和药品行业中的重要性。通过合理选择材料,优化其结构和功能,研究人员能够开发出具有更高性能和更广泛应用的新型递送系统。这种系统不仅能够提高生物活性分子的封装效率,还能增强其在不同环境下的稳定性,为开发智能、高效的递送平台提供了新的思路。
通过这项研究,研究人员不仅为食品和药品行业提供了一种新的递送平台,还为开发智能、高效的材料提供了新的思路。这种复合材料的设计能够有效解决传统封装系统在低封装效率、稳定性不足和释放不可控等方面的问题,为开发新型药物和功能性食品提供了重要的技术支持。
在实际应用中,这种复合材料可以用于开发具有温度响应特性的药物递送系统,使其在特定的生理条件下释放。这种系统不仅能够提高药物的生物利用度,还能增强其在不同环境下的适应性,为开发新型药物和功能性食品提供了新的可能性。
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