聚丙烯酸-乳清蛋白淀粉样纤维杂化水凝胶在药物递送中的应用研究

本研究针对乳清副产品资源化利用和药物递送系统机械性能不足的问题，开发了基于乳清蛋白分离物淀粉样纤维(WPI-F)和丙烯酸(AA)的杂化水凝胶(PAA-WPI-F)。研究发现WPI-F的加入显著改善了水凝胶的机械性能、溶胀行为和药物释放特性，通过体外实验证实其在离子电渗经皮给药系统中的潜在应用价值，为功能性生物材料开发提供了新思路。

　　

乳清作为乳制品工业的主要副产品，每年产生量巨大却常被当作废弃物处理。这些富含蛋白质的"液体黄金"若直接排放，其高达30,000 ppm的生物需氧量(BOD)和60,000 ppm的化学需氧量(COD)将造成严重水污染。与此同时，在药物递送领域，传统聚丙烯酸(PAA)水凝胶虽具有良好的生物相容性和粘附性，但机械强度不足限制了其在生物医学中的应用。如何将环境污染物转化为高附加值生物材料，成为摆在科研人员面前的双重挑战。

台湾国立大学的研究团队在《Journal of Drug Delivery Science and Technology》发表创新研究，巧妙地将乳清蛋白分离物(WPI)在高温低pH条件下自组装形成的淀粉样纤维(WPI-F)与丙烯酸(AA)通过接枝聚合制备出新型杂化水凝胶(PAA-WPI-F)。这项研究不仅实现了乳清副产物的高值化利用，更为开发具有增强机械性能的药物递送系统提供了新思路。

研究采用硫黄素T(ThT)荧光检测和刚果红染色验证WPI-F形成，通过流变学测试、扫描电镜(SEM)等技术表征材料性能。以带相反电荷的两种药物分子——阳性的二甲双胍(MEF)和阴性的维生素C(VitC)为模型药物，考察了不同WPI-F含量对药物释放行为的影响，并进一步探索了其在离子电渗经皮给药系统中的应用潜力。

【Verification of whey protein isolate amyloid fibril (WPI-F) formation】
通过ThT荧光光谱观察到WPI溶液在485 nm处特征峰的出现，证实了淀粉样纤维的成功形成。刚果红染色显示最大吸收波长红移，进一步验证了β-折叠结构的产生。

【Discussion】
药物释放动力学分析表明，在水溶液中药物释放主要受溶胀控制，而在经皮系统中则以扩散为主导。值得注意的是，WPI-F含量与药物释放动力学参数存在显著相关性，这为精准调控药物释放速率提供了可能。

【Conclusions】
研究证实PAA-WPI-F杂化水凝胶具有黏弹性行为，WPI-F的引入能有效改善材料微观结构，减小平均孔径，增强机械性能和溶胀行为。特别值得关注的是，所有PAA-WPI-F水凝胶在生理pH条件下均表现出pH响应特性，这使其成为智能药物递送系统的理想候选材料。

这项研究的创新之处在于将食品工业废弃物转化为高性能生物材料，不仅解决了环境问题，还拓展了淀粉样纤维在生物医学领域的应用。研究团队通过系统的材料表征和药物释放实验，证实了PAA-WPI-F水凝胶在经皮给药系统中的潜在应用价值，特别是其pH响应特性和可调控的药物释放行为，为开发新型智能给药系统提供了重要参考。该成果为乳清副产品的高值化利用开辟了新途径，同时也为改善传统水凝胶材料的机械性能提供了新思路，在生物医药和环境保护领域具有双重意义。