由带正电荷的乳铁蛋白稳定的自组装Pickering介体

《Langmuir》：Internally Self-Assembled Pickering Mesosomes Stabilized by Positively Charged Lactoferrin

乳铁蛋白（LF）作为Pickering稳定剂，成功制备了含逆六角相（H2）、微乳相（ME）、立方相（Fd3m）和双连续立方相（Pn3m）的亚微米级乳滴（mesosomes）。超声处理优化LF分散，其表面正电荷（ζ≈+30 mV）赋予乳滴长期稳定性（>1个月），且未改变内部液晶相结构。与Pluronic F127相比，LF在保持相结构的同时增强表面电荷，为生物靶向递送提供了新策略。

　　在现代材料科学和生物技术的交叉领域，科学家们一直在探索如何通过创新的方法来构建具有复杂内部结构的纳米级乳状液。这些结构被称为“mesosomes”，它们是通过自组装形成的一种亚微米尺寸的乳状液，能够提供卓越的封装和可控释放性能。相比于传统的油包水乳状液，mesosomes具有独特的内部层级结构，使其在食品创新、生物技术和纳米医学中展现出广泛的应用前景。然而，这类结构的稳定化仍然面临诸多挑战，特别是在如何保持其复杂的内部自组装特性方面。

### mesosomes的工程化与稳定机制

本研究中，科学家们首次利用乳铁蛋白（lactoferrin, LF）作为Pickering稳定剂，成功地制备了包含内部自组装液晶相（lyotropic liquid crystalline, LLC）的mesosomes。LF是一种来源于乳制品的糖蛋白，具有较高的分子量（约80 kDa）和独特的三级结构，其内含的16个二硫键为其结构提供了良好的稳定性。LF在中性pH条件下具有显著的正电荷，这使其在界面处表现出强烈的吸附能力，从而防止乳状液的聚并和聚集。

为了实现LF对mesosomes的稳定作用，研究者首先对LF进行了超声处理，以防止其在溶液中发生聚集。处理后的LF溶液在特定的pH条件下（pH 4）被引入到由甘油单油酸酯（GMO）和油酸（OA）组成的LLC体系中。通过调整GMO和OA的比例，研究团队成功地制备了四种不同的LLC相：双连续立方相（Pn3m）、逆六方相（H2）、逆胶束立方相（Fd3m）以及微乳液（ME）。这四种相的形成依赖于脂质分子的形状、组成以及物理条件的变化。

实验结果显示，LF能够稳定这四种不同的LLC相，并且形成的mesosomes具有约187至239纳米的水动力直径。通过动态光散射（DLS）技术测量，发现所有mesosomes在室温下至少能够稳定一个月，显示出优异的抗聚并和抗聚集能力。此外，通过ζ电位测量，研究者确认了mesosomes表面具有显著的正电荷（约+30 mV），这进一步增强了其在水中的稳定性。

为了验证LF在LLC-水界面的吸附行为，研究者采用了共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）进行观察。结果显示，LF在界面处形成了均匀的覆盖层，这表明其能够有效地作为Pickering稳定剂。在CLSM图像中，蛋白质（Fast Green染色）和脂质（Nile Red染色）分别呈现出橙色和黄色，这种颜色分布进一步支持了LF在界面处的吸附作用。

### LF的特性与稳定性分析

在实验开始前，LF的结构特性进行了详细分析。通过DLS和SAXS技术，研究者发现LF在pH 4条件下具有稳定的水动力直径（约43 nm），并且在超声处理后，其分布变得更加均匀。超声处理不仅有助于减少LF的聚集，还使其在水中的形态更加接近球形，从而有利于其在乳状液界面的吸附作用。

SAXS实验进一步揭示了LF在溶液中的结构。通过分析散射强度（I(q)）与散射矢量模（q）之间的关系，研究者确定了LF的回转半径（Rg）约为3.69 ± 0.13 nm。这一结果与Guinier分析法得出的值一致，表明LF在溶液中保持了其原有的结构，未发生显著的构象变化。此外，PDDF（pair-distance distribution function）的分析进一步确认了LF的形状为近似球形，其最大尺寸（Dmax）与回转半径之间的比例接近1，这表明其在溶液中呈现为高度有序的结构。

CD光谱分析进一步支持了这一结论。LF在超声处理后，其二级结构保持稳定，主要由α-螺旋和β-折叠组成。这些结构特征在不同pH条件下未发生明显变化，表明LF在水溶液中具有良好的结构稳定性。这一特性对于其作为Pickering稳定剂至关重要，因为结构的稳定性直接影响其在界面处的吸附能力和乳状液的长期稳定性。

### mesosomes的内部结构与相态保持

通过SAXS技术，研究者对四种不同内部结构的mesosomes进行了详细分析。结果表明，LF的引入并未改变这些LLC相的结构，而是成功地将其稳定在乳状液中。这种稳定性对于实际应用非常重要，因为它确保了mesosomes在长时间储存和运输过程中保持其原有的内部结构。

例如，对于纯GMO（δ = 100）形成的mesosomes，其内部结构保持了与bulk相一致的Pn3m双连续立方相。这种结构在其他条件下（如δ = 90、60、54）也得到了保持，尽管在不同比例下，其内部结构的细节可能略有不同。通过分析SAXS数据，研究者确定了各相的晶格参数（lattice parameters），这些参数与之前文献中的结果一致，表明LF能够有效地维持LLC相的结构完整性。

此外，对于微乳液（ME）和Fd3m立方相的mesosomes，其内部结构在SAXS图像中呈现出清晰的电子密度图，这表明它们的自组装特性得到了很好的保留。而H2和Pn3m相的mesosomes则在SAXS图像中显示为不同的电子密度分布，进一步说明了它们的内部结构在LF稳定后依然保持完整。

### mesosomes的稳定性与潜在应用

研究团队通过DLS实验评估了mesosomes在长时间储存下的稳定性。结果显示，所有mesosomes在一个月的储存过程中，其水动力直径保持稳定，未发生明显的聚并或聚集现象。这表明LF不仅能够有效地稳定mesosomes的结构，还能够防止其在储存过程中发生结构变化。

此外，实验还发现，对于H2和Pn3m相的mesosomes，部分LLC相未被完全稳定，这可能与GMO和OA的比例有关。通过分析残留的聚集体，研究者计算出实际稳定后的LLC含量约为9.5%（H2）和8.7%（Pn3m），这与它们的水动力直径变化相一致。尽管如此，mesosomes的整体稳定性仍然令人满意，显示出良好的抗聚并和抗聚集能力。

### LF在乳状液稳定中的优势

与其他常用的稳定剂相比，LF在稳定mesosomes方面表现出独特的优势。例如，Pluronic F127等传统稳定剂在稳定LLC相时，往往会诱导其结构发生变化，例如将Pn3m相转变为Im3m相。而LF的引入并未改变LLC相的结构，而是有效地将其稳定在乳状液中，保留了其原有的自组装特性。

此外，LF的正电荷特性使其在酸性环境中具有更好的稳定性。这为mesosomes在胃肠道等酸性环境中的应用提供了可能性。在酸性条件下，LF的正电荷能够有效防止乳状液的聚集，从而保持其结构的完整性。然而，研究者也指出，LF在高pH条件下的稳定性可能受到影响，这提示未来的研究可以进一步探讨其在不同pH条件下的性能表现。

### 结论与未来研究方向

综上所述，本研究首次展示了LF作为Pickering稳定剂在稳定mesosomes中的应用。通过超声处理和pH调控，研究者成功地制备了具有内部自组装LLC相的mesosomes，并证实了其在室温下至少能够稳定一个月。这些mesosomes不仅具有良好的物理稳定性，还保留了LLC相的结构特征，为未来的药物递送和生物应用提供了新的思路。

尽管本研究已经取得了重要的进展，但仍有进一步研究的空间。例如，可以深入探讨LF在不同pH条件下的稳定性，以及其在实际生物环境中的表现。此外，研究还可以扩展到其他类型的稳定剂，以进一步优化mesosomes的性能。同时，mesosomes的封装效率、体外消化性和与其他分子的相互作用也是未来研究的重要方向。

总之，本研究为开发具有独特结构和功能的纳米级乳状液提供了重要的理论和技术基础，为未来的生物医学和食品科学应用开辟了新的可能性。