《Applied Nano》：Limitations and Novelties of Nanotechnology in Aquaculture: A Focus on Nanocarriers and Encapsulation Strategies
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现代水产养殖对于满足全球日益增长的鱼类和海鲜需求至关重要，但其快速扩张暴露了威胁长期可持续性的局限性。主要挑战包括高疾病爆发率、低营养效率，以及保健品和植物源化合物的不稳定性和低溶解度。这些挑战经常形成自我强化的反馈循环，放大彼此的有害影响。传统方法，包括抗生
现代水产养殖对于满足全球日益增长的鱼类和海鲜需求至关重要，但其快速扩张暴露了威胁长期可持续性的局限性。主要挑战包括高疾病爆发率、低营养效率，以及保健品和植物源化合物的不稳定性和低溶解度。这些挑战经常形成自我强化的反馈循环，放大彼此的有害影响。传统方法，包括抗生素、化学处理、水产饲料和化疗药物，已显示出有限的效果，部分原因是低效的递送系统，这可能导致环境污染和抗菌素耐药性。本综述讨论了纳米技术赋能的策略来改进这些传统方法，重点关注纳米载体（nanocarriers）和纳米包封（nanoencapsulation）技术，并提及了其他合成纳米颗粒和微包封（microencapsulation）策略。这些系统通过增强包封生物活性物质的稳定性和活性，成功减少了氧化降解并提高了生物利用度（bioavailability）。本综述还评估了它们的功能性能、局限性、环境影响、与不同生物的相互作用，以及行业中的监管约束。总体而言，尽管在现代水产养殖中安全且可扩展地使用可生物降解的纳米级递送系统显示出巨大潜力，但这仍依赖于精心设计、协调一致的法规和经济可行的制造。
**1. Introduction: Current Challenges in Modern Aquaculture Using Conventional Strategies and Solutions Found in Nanoscience**
现代水产养殖面临三大相互关联的挑战：疾病爆发、功能性化合物递送不足以及生物活性化合物的不稳定或低溶解度。这些挑战形成自我强化的反馈循环，加重彼此影响。传统方法如抗生素、疫苗、益生菌和饲料添加剂虽有效，但存在递送效率低、氧化降解、养分流失及环境残留等问题。纳米技术通过纳米载体（nanocarriers）和纳米包封（nanoencapsulation）策略，可保护生物活性分子、提高生物利用度（bioavailability）、减少养分浸出，并实现靶向或缓释，从而缓解上述局限性。
**2. Nanotechnology: Nanocarriers and Nanoencapsulation Strategies to Mitigate the Limitations in the Aquaculture Industry**
纳米载体（如脂质纳米颗粒、壳聚糖纳米颗粒、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）纳米颗粒、病毒样颗粒）通过包封生物活性物质，提高其稳定性、肠道吸收和免疫应答。纳米包封技术则通过将化合物封装于生物聚合物基质中，减少氧化降解和水解，改善疏水性化合物的分散性和细胞相互作用。研究表明，这些系统成功提升了免疫刺激剂、疫苗、核酸等物质的递送效率，例如壳聚糖/β-葡聚糖（β-glucan）纳米颗粒包封灭活链球菌抗原，显著提高了尼罗罗非鱼的存活率。然而，PLGA系统存在粒径不均、抗原包封效率低等问题，需进一步优化。
**3. Functional Performance and Critical Limitations of Nanoencapsulation Techniques in Aquaculture**
纳米包封系统的性能取决于其在实际条件下的生物利用度（bioavailability）。生物可及性（bioaccessibility）和生物活性（bioactivity）是核心概念，包封技术通过控释和保护化合物，提高其生物可及性。壁材（如壳聚糖、海藻酸钠、麦芽糊精）与生物活性物质之间的氢键、疏水相互作用和静电作用力决定包封效率和结构完整性。然而，环境因素（pH、离子强度、温度）和物种特异性生理特征（消化过程、代谢调控）显著影响纳米载体与宿主的相互作用，从而影响其功能效果。
**4. Critical Differences and Performance Between Microencapsulation and Nanoencapsulation Strategies**
微包封（microencapsulation，粒径1–5000 μm）主要用于提高饲料加工、储存和消化过程中的技术稳定性，适合保护益生菌、酶和色素等，但不适于细胞级吸收。纳米包封（<500 nm）则增强表面相互作用、免疫识别和快速递送，适用于疫苗、核酸等高价值敏感载荷。微包封在饲料生产中更易兼容，但递送精度较低；纳米包封虽能改善生物利用度，但面临粒径、形态、表面电荷等参数优化难题，且存在组织积累和纳米毒性风险。两种技术均需考虑生产成本、重现性和可扩展性。
**5. Environmental, Toxicological and Regulatory Constraints of Nanotechnology in the Aquaculture Industry (Progress)**
纳米载体通过未食饲料、粪便等释放到水环境中，可能发生聚集、溶解、沉积，影响底栖和浮游生物。金属纳米颗粒（如银纳米颗粒（AgNPs）、氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs））具有较高环境持久性和生物积累潜力，可诱导氧化应激和组织损伤；而可生物降解的聚合物/脂质纳米载体被认为是更安全的替代品，但仍需评估其降解产物和长期生态影响。生物积累导致肝、鳃、肌肉组织中的残留，可能通过食物链传递。监管框架方面，欧盟通过新型食品法规（Novel Foods Regulation）和REACH等对纳米材料进行管制，但许多水产养殖国缺乏专门法规，导致技术转化和国际贸易受阻。经济可行性、规模化生产和质量控制是进一步实施的关键限制。
**6. Conclusions and Future Directions: Perspective for Sustainable Nano-Aquaculture**
纳米载体和包封策略显著提高了饲料效率、免疫力和治疗递送，但其长期成功依赖于早期制备方法的改进、标准化评估、可扩展生产和环境责任。未来方向包括：研发刺激响应型系统以实现精准控释；进行物种特异性优化，利用转录组学和蛋白质组学工具评估免疫调节效应；推动可生物降解材料（如壳聚糖、海藻酸盐）的应用；建立国际协调的纳米安全法规和风险评估方法。最终，纳米技术需整合功能性能、环境管理、经济可行性和法规合规性，才能从实验系统转化为广泛采用的行业工具。
