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在生物材料领域，传统微纳米颗粒用于药物递送等存在局限。研究人员开展基于细菌纤维素（BC）和聚羟基丁酸酯（PHB）的中空颗粒研究，用同轴电喷雾技术制备了双层中空颗粒（DSHP），其能有效包封微生物并控制释放，为相关领域提供了新选择。
在生物材料的广阔天地里，微纳米颗粒作为药物递送系统备受关注。它就像一个个微小的 “快递员”，能将各种分子、生物制剂精准地送到特定 “地点”，在生物医药、环境科学等领域大显身手。然而，传统的微纳米颗粒多由合成聚合物或混合材料制成，这些材料在可持续性和生物相容性方面存在不足，就像不太可靠的 “快递员”，可能在 “运输” 过程中出现问题。
细菌纤维素（BC）和聚羟基脂肪酸酯（PHA）家族中的聚羟基丁酸酯（PHB）这两种细菌生物聚合物，成为了备受瞩目的 “潜力股”。BC 是微生物产生的多糖，由高度结晶的纳米纤维构成，就像一个坚固又吸水的 “海绵”，有着出色的机械性能和强大的保水能力，而且纯净、生物相容性好、无毒，在生物医学领域潜力巨大。但它也有 “短板”，亲水性强且缺乏热塑性，在一些需要良好屏障性能或热塑性加工的环境中难以发挥优势。PHB 则是疏水性的聚酯，具有高抗紫外性和生物降解性，分子结构赋予它高结晶度和热稳定性，是抵御环境因素的 “坚固盾牌”，不过它与亲水性的 BC 天生 “不合”，两者结合时容易出现相分离和结构整合不佳的情况。
为了解决这些问题，来自国外的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们致力于将 BC 和 PHB 的优势结合起来，设计并合成一种新型的双层中空颗粒（DSHP），期望它能成为高效的生物载体系统，在生物修复、生物肥料以及微生物药物递送等领域发挥重要作用。该研究成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先是化学合成技术，通过将 PHB 转化为酰氯（Cl - PHB），再将其接枝到 BC 上，制备出 BC - PHB 聚合物；然后采用同轴电喷雾技术，精确控制粒子形态，制备 DSHP；此外，还运用了多种材料表征技术，如衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR - FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）等，对材料和粒子进行全面分析；同时，利用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和流式细胞术（FCM）研究细菌在颗粒中的包封和释放情况。
下面来看看具体的研究结果：
- BC - PHB 材料的合成与表征：研究人员在离子液体的帮助下，将 PHB 共价修饰到 BC 上，成功降低了 BC 的孔隙率，得到了 BC - PHB 材料，其修饰度达到 31%。ATR - FTIR 分析表明，BC - PHB 材料中同时存在 BC 和 PHB 的特征峰，且有新的氢键形成。SEM 分析显示，PHB 以颗粒形式覆盖在 BC 表面，改变了纤维形态。TGA 分析发现，BC - PHB 呈现出两阶段降解模式，且热稳定性优于纯 PHB，说明这种材料有效地结合了两种聚合物的特性，在控制扩散应用方面潜力巨大。
- DSHP 微粒的合成与形态：研究人员尝试用电喷雾技术制备微粒时发现，仅用 BC 或 BC - PHB（无 PHB 外层）得到的微粒形态不规则、尺寸不一且包封效率低。于是，他们设计了由 PHB 外层、BC - PHB 内层和中空核心组成的 DSHP。通过优化电喷雾参数，发现当内层溶液流速为 0.2 mL/h，外层溶液流速为 0.05 mL/h 时，能制备出球形、稳定且具有均匀外层膜的 DSHP，其平均半径为 356.85 ± 17.77 μm。
- CSP/DSHP 的表征：研究人员用 PBAT 和 PBS 作为外层制备 DSHP，并对其进行表征。ATR - FTIR 光谱显示，不同外层材料的颗粒光谱有相似之处，但在羰基区域存在细微差异。ESEM 和 SEM 分析表明，所有颗粒表面形态相似，但 PBAT 或 PBS 涂层的颗粒有更明显的颗粒形成，且孔径存在差异。TGA 分析发现，不同外层材料对颗粒的热稳定性有不同影响。CLSM 分析显示，PHB 涂层的颗粒形态更均匀、更球形，因此被选作进一步研究的对象。
- DSHP 中细菌的包封：研究人员用表达绿色荧光蛋白的转基因微生物恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）Pp08_225 来研究 DSHP 和 CSP 对细菌的包封和释放能力。CLSM 结果显示，DSHP 内部有大量细菌，而 CSP 中未观察到细菌。FCM 分析表明，DSHP 能稳定地释放细胞，且在 48 h 孵育后，经降解处理，仍有大量细菌被释放出来，证实了 DSHP 在细菌包封和缓释方面的有效性，其内部的中空结构和 PHB 外层在其中发挥了关键作用。
综上所述，研究人员成功制备了基于 BC 和 PHB 的 DSHP，验证了结构设计对包封效率和可控释放的重要影响。BC 与 PHB 的共价修饰以及电喷雾参数的优化，使得制备的颗粒具有良好的性能。DSHP 的内部中空结构、可控孔隙率和 PHB 外层，使其在微生物包封和释放调控方面表现出色，为生物修复、生物肥料和微生物药物递送等领域提供了创新的生物载体，有望推动这些领域的进一步发展，具有重要的科学意义和应用价值。
