亚油酸单甘油酯/二亚油酸甘油酯纳米分散体中脂质组成驱动的胶体转变：从六角相脂质纳米粒到具有高度无序内部纳米结构的纳米颗粒

《Molecules》：Lipid Composition-Driven Colloidal Transformation from Hexosomes to Nanoparticles with Highly Disordered Internal Nanostructures in Monolinolein/Dilinolein Nanodispersions

　　

摘要翻译：由单一单酰基甘油或其与脂肪酸或其他两亲性分子组合制备的非层状液晶纳米分散体，因其结构多样性和可调谐性而备受关注。本研究利用小角X射线散射（small-angle X-ray scattering, SAXS）、冷冻透射电子显微镜（cryogenic transmission electron microscopy, cryo-TEM）和动态光散射（dynamic light scattering, DLS），研究了二亚油酸甘油酯（dilinolein, DLO）的掺入对Pluronic F127稳定的亚油酸单甘油酯（monolinolein, MLO）纳米分散体结构特征的影响。研究人员报道了一种脂质组成依赖的直接胶体转变：当MLO被DLO部分替代时，体系从六角相脂质纳米粒（hexosomes，即具有有序内部反向六方相（inverse hexagonal, H₂）的纳米颗粒）转变为具有高度无序内部纳米结构的纳米颗粒。小角X射线散射（SAXS）测量表明，在相对较低的DLO含量下，富含MLO的MLO:DLO 90:10（w/w）纳米分散体保持了有序的内部H₂相，具有三个明确特征布拉格峰；而DLO含量≥20 wt%的纳米分散体的SAXS图谱显示，特征H₂布拉格反射消失并出现宽的相关极大值，表明长程内部周期性的丧失和高度无序内部纳米结构的出现。同样，由纯DLO制备的对照纳米分散体显示出一个宽而低强度的相关极大值而非明显的布拉格峰，与其高度无序的内部纳米结构一致。对于呈现宽SAXS相关极大值的纳米分散体，随着DLO比例的增加，SAXS衍生的特征距离从4.53 nm单调递减至2.87 nm。对两个DLO含量相对较高的纳米分散体进行的补充cryo-TEM观察显示， predominantly 球形纳米颗粒具有致密的脂质核心和可辨别的内部纳米尺度特征。然而，这些内部特征的分辨率不足以完全表征和明确归属内部相，这与高度无序的反向纳米结构一致，该结构可能包含类L₂反向胶束组织以及其他可能的排列方式（如纳米乳液液滴）。综上所述，SAXS和cryo-TEM观察表明，随着DLO含量的增加，体系发生组成驱动的胶体转变，从具有明确内部H₂相的六角相脂质纳米粒转变为具有高度无序内部相的纳米颗粒。实验结果表明，DLO改变了MLO-水界面的脂质堆积，并促进了更负的自发曲率，从而有利于观察到的结构转变。通过脂质组成调节内部纳米结构，同时保持纳米尺度的粒径和低多分散性，使这些纳米分散体成为药物纳米载体开发的有吸引力的平台。

论文解读：脂质组成调控的纳米结构转变——MLO/DLO纳米分散体从六角相脂质纳米粒到高度无序内部纳米结构的研究
研究背景与意义：两亲性脂质在水溶液中可自组装形成溶致液晶（lyotropic liquid-crystalline, LLC）相，包括层状相（lamellar, L_α）、双连续立方相（bicontinuous cubic, Q₂）和反向六方相（inverse hexagonal, H₂）等非层状相结构。这些相在适量稳定剂存在下可分散于过量水中，形成胶体内部自组装纳米物体，如立方相脂质纳米粒（cubosomes）、六角相脂质纳米粒（hexosomes）和胶束立方相脂质纳米粒（micellar cubosomes）。这些纳米分散体因其纳米级尺寸、结构多样的内部架构和巨大的界面面积，在药物递送和功能性食品递送领域具有广阔的应用前景。单酰基甘油（monoacylglycerols, MAGs）是生成反向纳米结构的最通用的生物相关两亲性分子之一。亚油酸单甘油酯（monolinolein, MLO）是一种含有亚油酰基链（C18:2）的MAG，与最广泛研究的单油酸甘油酯（monoolein, MO）相比，MLO在较低温度下发生类似的相变，因此在较温和条件下形成非层状液晶相及其碎裂为内部结构化纳米分散体方面更具优势。二亚油酸甘油酯（dilinolein, DLO）是一种含有两条亚油酰基链（C18:2）的二酰基甘油（diacylglycerol, DAG），与MLO相比，DLO具有更小的有效头基面积和更大的疏水体积，从而在过量水中更有利于形成反向自组装结构，具有更大的临界堆积参数（critical packing parameter, CPP）和更显著的负自发曲率。尽管脂质组成对MAG基纳米分散体的内部纳米结构具有重要调控作用，但基于完全多不饱和MAG/DAG组合的稳定水相纳米分散体的系统研究仍然有限。因此，研究人员开展了本研究，旨在系统考察MLO:DLO比例的变化如何影响这些纳米分散体的内部纳米结构和胶体行为，为合理设计结构可调的脂质纳米载体提供理论基础。

研究内容与结论：本研究在固定总脂质浓度（5.0 wt%）和Pluronic F127浓度（1.0 wt%）的条件下，制备了一系列MLO:DLO重量比从90:10到30:70的二元MLO/DLO纳米分散体，以及由纯DLO制备的对照纳米分散体。利用同步辐射小角X射线散射（SAXS）和冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）作为互补表征技术，结合动态光散射（DLS）测定粒径和多分散指数（PDI），系统研究了DLO掺入对MLO纳米分散体内部相行为、形态和尺寸的影响。研究结果表明，DLO的掺入诱导了组成依赖的胶体转变：在最高MLO含量（MLO:DLO 90:10）下，纳米分散体保留了有序的内部H₂相，形成六角相脂质纳米粒；而当DLO含量增加至20 wt%及以上时，H₂相的布拉格反射消失，代之以宽的相关极大值，表明纳米颗粒内部形成高度无序的纳米结构。SAXS衍生的特征距离从4.53 nm单调递减至2.87 nm，呈近似线性趋势（R2 = 0.9879）。cryo-TEM观察进一步证实了从具有清晰内部H₂相条纹的多面体纳米颗粒向具有致密脂质核心且缺乏长程有序内部结构的球形纳米颗粒的转变。该研究发表在《Molecules》期刊上，具有重要意义：通过脂质组成的精确调控，可在保持纳米尺度粒径和低多分散性的前提下实现内部纳米结构的可控转变，为设计结构可调的脂质纳米载体提供了新策略。

主要技术方法：研究人员采用了三种关键技术方法：（1）同步辐射小角X射线散射（SAXS），在ELETTRA同步辐射光源奥地利SAXS光束线站（意大利的里雅斯特）进行，用于表征纳米分散体的内部周期有序结构；（2）冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）结合快速傅里叶变换（FFT）分析，用于直接观察纳米颗粒的形态和内部自组装结构；（3）动态光散射（DLS），使用Zetasizer Nano ZS90仪器测定纳米颗粒的流体动力学直径和多分散指数。所有纳米分散体均在25 °C下通过探头超声乳化法制备。

研究结果：
2.1 Pluronic F127稳定的MLO/DLO纳米自组装体的结构表征：通过同步辐射SAXS分析发现，MLO:DLO 90:10（w/w）纳米分散体（样品MD1）的散射图谱显示三个特征布拉格峰，相对峰位比为1:√3:√4，符合反向六方（H₂）相的特征，对应晶格参数约为5.27 nm，表明形成了六角相脂质纳米粒。含20-70 wt% DLO的纳米分散体（样品MD2-MD7）中，H₂相布拉格峰消失，出现单一宽相关峰，表明长程H₂有序性丧失，内部形成高度无序的纳米结构。纯DLO对照纳米分散体（样品MD10）同样显示宽而低强度的相关极大值，与高度无序内部纳米结构一致。随DLO比例增加，特征距离从4.53 nm（80:20 MLO:DLO）单调递减至2.87 nm（30:70 MLO:DLO），呈近似线性趋势（R2 = 0.9879），表明内部纳米结构的水合能力逐渐降低。DLO对MLO纳米分散体的显著影响可归因于其分子堆积特性：作为含有两条亚油酰基链和较小有效极性头基面积的二酰基甘油，DLO增加了疏水体积与极性头基面积的比值，从而增强负自发曲率，促进从有序H₂相向高度无序反向纳米结构的转变。研究还排除了正常（正曲率）胶束形成的可能性，因为DLO的分子几何形状（CPP远大于1）与正曲率结构几何不相容。

2.2 MLO/DLO纳米自组装体的形态特征：cryo-TEM观察显示，MLO:DLO 90:10纳米分散体（样品MD1）呈现多面体形貌的纳米颗粒，内部具有明暗交替的条纹状结构特征，与内部H₂相的周期性排列圆柱域一致。对选定的高分辨率区域进行FFT分析，得到的衍射斑点呈近似六方对称排列，实空间周期约为4.3 nm，与SAXS测得的一阶六方晶面间距（d100 ≈ 4.56 nm）合理吻合。富DLO纳米分散体（样品MD5，50:50 MLO:DLO）和纯DLO纳米分散体（样品MD10，0:100 MLO:DLO）的cryo-TEM图像则显示主要为球形纳米颗粒，具有致密的脂质核心和可辨别的内部纳米尺度特征，但缺乏如MD1六角相脂质纳米粒中清晰分辨的周期性条纹，表明内部结构高度无序。此外，在MD1样品中还观察到少量囊泡状球形结构与主要六角相脂质纳米粒共存的现象，反映了非层状脂质纳米分散体中固有的形态异质性。

2.3 MLO/DLO的粒径分析：DLS测量结果表明，脂质组成对纳米分散体的粒径特征有显著影响。90:10 MLO:DLO纳米分散体具有最大的平均流体动力学直径（288.53 ± 21.39 nm）和最高的PDI值（0.31 ± 0.01）。随着DLO含量从10 wt%增加至50 wt%，粒径显著减小至约157-164 nm；而在更高DLO含量下，粒径出现中等程度的增加，纯DLO纳米分散体的粒径达到199.25 ± 0.21 nm。大多数含DLO纳米分散体的PDI值相对较低（0.06-0.19），表明粒径分布均匀。粒径的非单调变化趋势可能反映了内部纳米结构的转变以及分散脂质相物理化学性质的逐渐变化，而非颗粒聚集所致。

讨论与结论总结：讨论部分指出，DLO掺入引起的结构转变机制在于DLO作为两亲性分子插入MLO-水界面区域，改变界面膜的组成，增加有效CPP并促进更负的自发曲率，从而驱动从有序H₂相向高度无序反向纳米结构的转变。与疏水性添加剂（如十四烷）诱导的结构转变不同，DLO通过改变界面膜的亲水-疏水平衡发挥作用。研究还讨论了高度无序内部纳米结构可能包括类L₂反向胶束组织、纳米乳液液滴或其他无序反向聚集体，但在本研究的表征条件下难以明确归属。研究结论表明，MLO/DLO基水相纳米分散体提供了一个组成可调的简单平台，通过系统改变脂质组成可直接实现从具有明确内部H₂相的六角相脂质纳米粒向具有高度无序内部相的纳米颗粒的胶体转变。SAXS和cryo-TEM观察共同证实了这一组成驱动的结构演变，该演变与DLO掺入诱导的逐渐增强的负自发曲率一致。这些发现表明，相对较小的MAG/DAG组成变化即可强烈影响脂质纳米分散体的内部纳米结构和胶体特性，为通过脂质分子设计而非温度等外部触发因素来调控内部自组装脂质纳米载体提供了实用途径。从纳米载体设计角度来看，脂质组成作为有用的设计变量，可用于引导自组装脂质纳米分散体中的胶体转变，支持设计具有可调内部结构特征、可用于调控药物负载和释放行为的脂质纳米载体。