在水介质中稳定的角鲨烯-硼簇纳米乳液

《Nano-Structures & Nano-Objects》：Stable squalene-boron cluster nanoemulsions in aqueous media

硼团阴离子（如[B??H??]2?和[B??H??]2?）通过非经典氢键和π相互作用，在无表面活性剂条件下稳定水合鲨烯纳米乳液（100–200 nm，PDI ≤ 0.2），生理缓冲液及脂溶性添加剂存在下仍保持稳定，其中双键结构对稳定性至关重要。

　　这项研究聚焦于一种新型的无表面活性剂方法，利用硼簇阴离子（B?H?2?）在水性环境中形成稳定的角鲨烯纳米乳液。角鲨烯是一种天然的脂质三萜烯烃，因其广泛的生物活性和在纳米结构形成方面的潜力，已被广泛研究用于药物递送系统。尽管许多疏水性化合物能够形成无表面活性剂乳液，但目前尚未有报道表明低分子量化合物能够实现角鲨烯在水中的溶解化。本研究首次揭示了硼簇阴离子在这一过程中的关键作用，展示了其在促进角鲨烯纳米乳液形成方面的独特能力。

硼簇化合物（B?H?2?）是一类具有独特物理化学性质和生物活性的无机多面体阴离子。这类化合物在化学和热稳定性方面表现出色，且在多种应用领域中具有重要价值，如发光材料、耐热聚合物、离子选择性膜和液晶等。此外，它们在制药和农业化学中的应用也受到关注，包括抗菌、抗寄生虫和抗病毒活性，以及促进水溶性物质跨膜运输的能力。硼簇化合物还被认为在癌症治疗中具有潜力，尤其是在硼中子捕获治疗（BNCT）方面。

这些硼簇阴离子的负电荷分布使其表现出显著的疏水性，并在水性环境中形成弱水合的纳米尺度离子。尽管它们不具备传统表面活性剂中常见的头-尾两亲结构，但在溶液中的行为却与经典的两亲分子相似。因此，这些分子具有独特的两亲效应，并因其较大的尺寸和分散的负电荷而对疏水性物质表现出高度亲和力。这表明，在水性环境中，硼簇化合物可以形成不同大小和稳定性的聚集体和复合体，不仅独立存在，还可以与其他具有脂溶性特性的物质结合。

研究进一步指出，部分卤化硼簇阴离子（如[B??Br??]2?）具有超两亲特性，使其能够有效结合疏水性相和表面，包括细胞膜的脂质双层、脂质体和脂微粒。这种特性使得十二硼簇阴离子能够穿越脂质双层，作为无机膜载体将水溶性分子运输至膜内（分子量范围：146–4500 Da）。类似的行为也被报道在钴双（二羰基）化合物和某些碳硼烷中。金属碳硼烷表现出明显的两亲特性，在水性环境中形成纳米尺度的聚集体。证据表明，较小的十硼簇阴离子也表现出表面活性，这表明两亲性可能是水溶性硼簇化合物的普遍特征。

这种两亲性特性使得硼簇化合物能够与多种分子形成超分子复合体和自组装结构。通过非共价相互作用，硼簇可以与环状宿主（如环糊精）和生物分子（如蛋白质）发生宿主-客体化学反应。目前已有综述文章系统总结了硼簇化合物的这些特性及其他相关性质。此外，还有专著详细阐述了硼簇的生物活性及其在医学中的应用，特别是针对BNCT的潜力。

然而，关于[B??H??]2?阴离子的自组装行为在水性环境中的研究相对较少。与较大的硼簇化合物相比，十硼簇阴离子显示出较低的形成超分子复合体的倾向。其与大分子的结合能力也较为有限，仅能与白蛋白和两亲性聚合物形成较弱的缔合复合体。更重要的是，与较大的硼簇化合物不同，十硼簇阴离子不能作为跨膜运输的载体或“穿梭”分子。

本研究旨在填补这一研究空白，通过无表面活性剂方法，利用硼簇阴离子在水性环境中形成稳定的角鲨烯纳米乳液。这种方法不仅能够实现角鲨烯在水中的溶解化，还能在油相中引入脂溶性化合物而不影响乳液的胶体稳定性。研究团队对这些角鲨烯-硼簇系统进行了全面表征，并评估了其胶体稳定性，提出了可能的分子间相互作用机制，以解释其在缺乏传统表面活性剂情况下的稳定化作用。

研究中使用的材料包括钾十硼簇（K?B??H??）、钾十二硼簇（K?B??H??），由N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry（RAS）提供；来源于深海鲨鱼肝脏的角鲨烯（TCI，Tokyo Chemical Industry Co., LTD.，纯度>98%）；姜黄素（Sigma-Aldrich C1386，来自姜黄）；DiI（1,1’-dioctadecyl-3,3,3’,3’-tetramethylindocarbocyanine perchlorate，LumiTrace）；试剂级丙酮；磷酸盐缓冲液（PBS，"Eco-service"）等。这些材料的选择旨在全面评估硼簇阴离子在角鲨烯纳米乳液形成中的作用。

研究团队通过动态光散射分析对纳米乳液的形成和初步特性进行了表征。分析结果表明，两种具有不同特性的硼簇阴离子（[B??H??]2?和[B??H??]2?）在角鲨烯的自组装过程中表现出不同的行为。尽管十硼簇阴离子具有两亲性，但其与疏水性系统的相互作用较弱，且对白蛋白的结合能力也较低。相比之下，十二硼簇阴离子能够与疏水性系统形成稳定的超分子复合体。这些差异与它们的溶解性密切相关，表明不同的硼簇化合物在促进角鲨烯溶解化方面具有不同的能力。

此外，研究还发现，角鲨烯的疏水性特性在水性环境中形成纳米乳液时起到了关键作用。与疏水性化合物（如荧光染料DiI）的结合会进一步降低乳液的稳定性，这表明角鲨烯的两亲性特性在纳米乳液形成过程中具有重要作用。而通过引入硼簇阴离子，这一问题得到了有效解决，不仅提升了乳液的稳定性，还拓展了其在药物递送系统中的应用潜力。

这项研究的意义在于，为开发基于角鲨烯的纳米系统提供了一种新的途径。传统的药物递送系统通常需要多步骤的共价修饰，这不仅增加了制备的复杂性，还可能降低最终产品的产率。而本研究展示的无表面活性剂方法，通过硼簇阴离子的非共价相互作用，能够在不进行共价修饰的情况下实现角鲨烯的稳定乳液化。这种新方法不仅简化了制备流程，还提高了药物递送系统的效率和稳定性。

角鲨烯纳米乳液的稳定性在水性环境中表现良好，浓度范围在0.1–0.5 mg/ml之间，但随着浓度的增加，乳液的稳定性会有所下降，主要是由于乳液的分层现象。这种现象表明，角鲨烯在水中的溶解度存在一定的限制，而通过硼簇阴离子的引入，这一限制被有效克服。硼簇阴离子不仅能够促进角鲨烯的溶解化，还能在不同浓度范围内维持乳液的胶体稳定性，使其成为一种理想的药物递送载体。

本研究的结果还为理解第一类类似表面活性剂分子的形成和合成机制提供了新的视角。硼簇阴离子在水性环境中的两亲行为，使得它们能够像传统表面活性剂一样，通过非共价相互作用与角鲨烯结合，形成稳定的纳米结构。这种行为不仅限于角鲨烯，还可能适用于其他具有脂溶性特性的分子，从而拓展了硼簇化合物在药物递送系统中的应用范围。

此外，研究还指出，角鲨烯在水性环境中形成的纳米乳液具有良好的生物相容性和稳定性，即使在生理缓冲液（如PBS）中也能保持其结构完整性。这表明，硼簇阴离子不仅能够促进角鲨烯的溶解化，还能增强其在复杂环境中的稳定性，使其成为一种理想的药物递送平台。这种新方法为开发非毒性、可控释放的药物递送系统提供了理论依据和技术支持。

综上所述，本研究通过引入硼簇阴离子，为角鲨烯在水性环境中的溶解化和纳米乳液形成提供了一种新的无表面活性剂方法。这种方法不仅克服了角鲨烯在水中的溶解性限制，还拓展了其在药物递送系统中的应用潜力。研究团队对这些系统进行了全面表征，并提出了可能的分子间相互作用机制，以解释其在缺乏传统表面活性剂情况下的稳定化作用。这项研究为开发新型纳米药物递送系统提供了重要的理论支持和实验依据，具有广阔的应用前景。