《Carbohydrate Polymers》：Natural small molecule-polysaccharide nanoparticles: Preparation, characteristics-efficacy modulation, and drug delivery applications
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纳米技术与生物材料：自然小分子-多糖纳米粒子（NSM-PSNPs）的制备、性能与应用研究综述。该文系统分析了NSM-PSNPs的组成特性（多糖与天然小分子协同效应）、制备方法（自组装、离子凝胶等七种技术）、结构-性能关系（粒径、载药量、控释能力）及关键调控参数，揭示了其在药物递送（口服吸收提升60%）、食品保鲜（保质期延长3倍）和农业应用（农药缓释）中的协同增效机制，并指出当前存在结构精准调控难、复杂生物环境行为不明等挑战，提出未来需加强多尺度模拟与跨学科协同创新。
赵伟毅|黄伟强|吴喜培|李霞|高文远|郭兰平
天津大学医学院药学科学与技术学院，现代药物递送与高效制剂重点实验室，天津，300193，中国
摘要
纳米技术的快速发展正在革新生物学和材料科学等领域。然而，人们对传统纳米材料对环境和健康的影响日益关注，这激发了对可持续替代品的兴趣。天然小分子-多糖纳米颗粒（NSM-PSNPs）是一种有前景的解决方案，它们由生物相容性和可生物降解的多糖以及生物活性天然小分子（NSMs）合成而成。这些复合纳米颗粒表现出显著的协同效应，提高了NSMs的递送效率、口服吸收、生物利用度和可控释放性能，适用于治疗和其他应用。尽管取得了相当大的进展，但在精确控制其结构-性能关系以及理解其在复杂生物环境中的行为方面仍存在挑战。本文旨在通过提供理想NSM-PSNPs的战略设计原则来应对这些挑战。系统概述了多糖和NSMs的分类和性质，讨论了NSM-PSNPs的组装技术，并分析了它们的特性与疗效之间的关键关联。此外，本文还探讨了影响NSM-PSNPs性能的关键参数，以指导其精确控制，并探索了其在药物递送等领域的多样化应用。最后，总结了NSM-PSNPs在开发和应用方面的当前挑战和未来前景。
引言
自从发现纳米尺度特性以来，纳米材料的制造和应用速度惊人地加快。纳米技术的快速发展及其独特的尺度和界面效应正在改变现代科学和技术的面貌。它在生物学、材料研究和环境保护等领域引发了大量颠覆性应用（Bushra等人，2023年；Stoffelen和Huskens，2016年）。纳米颗粒通常定义为直径在1到100纳米之间的材料颗粒（Vert等人，2012年）。它们的微小尺寸、较高的表面积与体积比（Din等人，2017年）、优异的生物相容性、高稳定性和多功能性使其在各个领域具有显著的应用潜力（Nguyen等人，2022年）。然而，随着纳米材料的发展，其缺点（如环境污染和负面健康影响）也变得越来越明显。因此，有机来源的聚合物材料因其可再生资源价值、生物相容性、可生物降解性和低毒性而受到青睐（Kurczewska等人，2023年；Nguyen等人，2022年；Rao、Lv、Chen和Peng，2023年）。多糖是一类重要的天然生物聚合物，占自然界中所有碳水化合物的90%以上。它们多样的化学结构、生物相容性、可生物降解性和可修饰性使其成为可持续纳米材料生产的潜在原料（Janik-Hazuka、Szafraniec-Szczesny、Kaminski、Odrobinska和Zapotoczny，2020年；Yingshan Ma、Morozova和Kumacheva，2024年）。天然小分子（NSMs），如多酚、生物碱和萜类化合物，不仅具有独特的生物功能，还具有特定的分子间相互作用。当与多糖结合形成复合纳米颗粒时，它们表现出显著的协同效应，提升了NSMs的递送能力，从而增强了口服吸收和生物利用度，并有助于针对某些疾病或环境问题的靶向分布和可控释放（W. Tang等人，2025年；Zhang等人，2024年）。除了递送NSMs外，这些复合纳米颗粒在食品保存、化妆品和农业生产力方面也有显著优势（Kou等人，2023年）。
尽管取得了相当大的进展，但对天然小分子-多糖纳米颗粒（NSM-PSNPs）的研究仍面临各种挑战，包括精确控制复合纳米颗粒的结构和性能，以及全面了解其在复杂生物环境中的行为和生物效应。本文旨在提供设计理想NSM-PSNPs的策略（图1）。首先概述了多糖和NSMs的分类和属性（参见第2节），随后讨论了NSM-PSNPs的组装技术（第3节）。第4节分析了NSM-PSNPs的特性与其疗效之间的关联，强调了结构调节的重要性。第5节探讨了影响NSM-PSNPs特性的关键参数，为精确控制提供了指导。第6节研究了NSM-PSNPs的用途，重点关注药物递送。最后，本文总结了NSM-PSNPs在开发和应用方面的当前挑战和未来前景。
多糖
多糖是一类天然生物聚合物，由多个单糖分子通过缩合和脱水反应形成，具有大分子和多样的结构（Ju、Liao、Richardson、Guo和Caruso，2022年）。它们的结构多样性源于多种因素，包括组成单糖的种类（例如葡萄糖、果糖、半乳糖）、糖苷键的类型（例如β-(1,4)、α-(1,6)、α-(1,4)（C. Zhong和Nidetzky，2024年）以及广泛的聚合方式
NSM-PSNPs的制备方法
目前，已有多种方法用于制备NSM-PSNPs，包括自组装、离子凝胶化、复合共凝聚、乳化、喷雾干燥、纳米沉淀和脱溶程序（Akbari-Alavijeh、Shaddel和Jafari，2020年；X. Liu、Dong、Wang和Guo，2024年）。选择制备方法必须与预期的应用目标相一致，同时需全面评估多糖和NSMs的物理化学性质等因素
NSM-PSNPs的特性与其疗效之间的关系
NSM-PSNPs由于其独特的物理化学特性，在科学研究和实际应用中发挥着重要作用。这些特性影响它们在体内的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）过程（Zhu，2019年），从而影响疗效和安全性。因此，全面了解NSM-PSNPs的物理化学性质不仅有助于阐明其作用机制，还为理论研究提供了重要依据
影响NSM-PSNPs特性的关键参数
NSM-PSNPs的特性直接影响其在药物递送、食品保存和农业生产力等应用中的疗效。然而，这些特性并非固定不变，而是取决于制备过程中多个影响参数的精确调控。这些参数并非孤立作用，而是相互关联、协同或竞争，共同决定了纳米颗粒的最终特性（Huu Van和Le Cerf，2022年）药物递送应用
NSM-PSNPs在多个领域展现出广泛的应用潜力和优势，包括食品保存（Mondejar-Lopez等人，2024年；Y. Yang等人，2025年；Zhou等人，2022年）、农业生产（Kadam等人，2021年；Santo Pereira、Oliveira和Fraceto，2019年；Sathiyabama、Indhumathi和Muthukumar，2019年）、化妆品配方（Li等人，2024年）以及药物递送（Chen等人，2024年），这归功于它们的优异生物相容性、多样的生物活性和可修饰性。结论与挑战
NSM-PSNPs在药物递送、食品保存和农药生产方面展现出显著的应用潜力，这得益于其优异的生物相容性、环保性和可再生性。这种复合系统充分利用了NSMs和多糖之间的协同效应，在提高稳定性、增强载药量和提升生物利用度方面表现出色。然而，进一步扩展其应用范围取决于我们对其理解和研究的深入CRediT作者贡献声明
赵伟毅：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，数据整理。黄伟强：撰写——初稿。吴喜培：数据整理。李霞：撰写——审稿与编辑，监督。高文远：项目管理，概念构思。郭兰平：概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号82373982）和中央政府层面的重点项目（编号2060302）的支持。
