双交联策略增强生物聚合物基水凝胶珠稳定性及pH/离子响应控释性能研究

本研究针对传统水凝胶载体稳定性差、控释不精准的问题，通过转谷氨酰胺酶(TG)和氯化钙(CaCl2)双交联策略构建了明胶(G)/海藻酸钠(SA)/羧基化纤维素纳米纤丝(cCNF)复合水凝胶珠(G-SA-cCNF)。研究发现TG交联时间可调控水凝胶网络密度，显著提升机械性能、热稳定性及pH/离子响应释放特性，为靶向递送系统设计提供了新思路。

　　

在生物医药和食品工程领域，智能水凝胶载体因其环境响应特性备受关注。然而，传统单交联水凝胶存在机械强度低、活性物质突释等问题，尤其在胃肠环境转换时难以维持结构稳定性。如何构建兼具高机械性能和精准控释能力的载体系统，成为当前研究的瓶颈。

针对这一挑战，国内某研究团队在《Biomacromolecules》发表研究，创新性地采用转谷氨酰胺酶(TG)和CaCl₂双交联策略，制备了明胶(G)/海藻酸钠(SA)/羧基化纤维素纳米纤丝(cCNF)复合水凝胶珠(G-SA-cCNF)。通过调控TG交联时间（0-6小时），系统考察了交联程度对材料性能的影响。

关键技术包括：1) 乳化-交联法制备水凝胶珠；2) TG酶催化蛋白质交联与Ca²⁺离子交联协同作用；3) 模拟胃肠液环境下的溶胀测试；4) 牛血清白蛋白(BSA)作为模型药物的控释实验。

结构表征
扫描电镜显示TG交联使孔径从50μm缩小至20μm，X射线衍射证实cCNF的引入提高了结晶度。交联6小时的样品热分解温度提升12℃，证实网络稳定性增强。

机械性能
质构分析表明，TG交联使压缩模量提高3倍，断裂能达15kJ/m³。流变测试显示储能模量(G')较单交联样品提高2个数量级。

智能响应
在模拟胃液(pH1.2)中直径收缩40%，而在肠液(pH7.4)中膨胀250%。离子浓度实验证实Ca²⁺可逆交联主导pH响应行为。

控释性能
BSA在胃环境中释放率<20%，肠环境中6小时累积释放达85%。Peppas模型拟合显示释放机制从Fick扩散(n=0.43)转变为溶蚀控制(n=0.89)。

该研究突破性地实现了三重调控：1) 通过TG交联时间精确控制网络密度；2) 利用cCNF的纳米增强效应提升力学性能；3) 基于SA的羧基与Ca²⁺动态配位实现环境响应。这种双交联策略为口服递送系统提供了新范式，其pH/离子双响应特性在肠道靶向给药、益生菌包埋等领域具有广阔应用前景。研究同时揭示了生物聚合物多级结构调控与功能实现的构效关系，为智能材料设计提供了理论依据。