王 偉，崔 妍，鄭明珠，劉美宏，劉回民,*

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130118；2.小麥和玉米深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春 130118）

納米技術(shù)是一個(gè)新興的科學(xué)領(lǐng)域，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域[1]。納米顆粒是粒徑在10～1000 nm 范圍內(nèi)的顆粒狀分散體或固體顆粒[2]。近年來，以蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)或人工合成的聚合物為載體的納米顆粒遞送系統(tǒng)被廣泛開發(fā)，特別是以天然生物聚合物為基礎(chǔ)材料的納米顆粒遞送系統(tǒng)在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[3]。許多動(dòng)物蛋白（乳清蛋白、酪蛋白等）和植物蛋白（大豆蛋白、豌豆蛋白和玉米醇溶蛋白等）已被用來制備納米顆粒。這些納米顆粒在生物活性物質(zhì)遞送方面表現(xiàn)出許多優(yōu)點(diǎn)，例如：制備方式簡(jiǎn)單、顆粒粒徑較小以及對(duì)生物活性物質(zhì)有相當(dāng)大的保護(hù)作用。然而，傳統(tǒng)的納米顆粒往往不具備刺激響應(yīng)的能力，而動(dòng)物體內(nèi)真實(shí)的環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，無刺激響應(yīng)的納米顆粒在進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)后，不能迅速地響應(yīng)體內(nèi)外的刺激增強(qiáng)納米顆粒和目標(biāo)生物之間的作用，很難實(shí)現(xiàn)生物活性物質(zhì)的精準(zhǔn)、靈敏釋放。

近年來，刺激響應(yīng)型納米顆粒的研究取得了巨大的成功。刺激響應(yīng)型納米顆粒通過改變自身結(jié)構(gòu)或狀態(tài)調(diào)控其物理化學(xué)性質(zhì)，從而展現(xiàn)出pH、酶、氧化還原等刺激響應(yīng)的功能特性。玉米醇溶蛋白是玉米中的主要儲(chǔ)藏蛋白，是天然的兩親性高分子材料，具有生物降解性和無毒性等優(yōu)點(diǎn)[4]?；谄洫?dú)特的溶解特性和自組裝特性，玉米醇溶蛋白可通過多種方式構(gòu)建成納米顆粒，進(jìn)而對(duì)生物活性物質(zhì)進(jìn)行荷載和輸送[5]。本文主要介紹玉米醇溶蛋白組成以及理化性質(zhì)，并總結(jié)中空/實(shí)心玉米醇溶蛋白基納米顆粒的制備方法，及其作為刺激響應(yīng)型載體包封遞送生物活性物質(zhì)的研究進(jìn)展，旨在為玉米醇溶蛋白在食品、醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

1 玉米醇溶蛋白概述

1.1 玉米醇溶蛋白的組成和性質(zhì)

玉米醇溶蛋白是玉米中的主要貯藏蛋白質(zhì)[6]。玉米醇溶蛋白是由葛思彤等[7]從玉米里提取出來，根據(jù)其分子量和溶解度差異，可分為α、β、γ、δ玉米醇溶蛋白四類。其中，α-玉米醇溶蛋白是主要組成成分，占玉米醇溶蛋白總量的70%～85%，其分子量為19～22 kDa[8]。α-玉米醇溶蛋白在提取時(shí)其結(jié)構(gòu)可能受到溶劑等各種因素的影響，從而影響其功能特性。近年來，許多學(xué)者對(duì)α-玉米醇溶蛋白的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量研究，并提出了幾種不同的α-玉米醇溶蛋白的分子結(jié)構(gòu)模型（表1 和圖1）。其中，帶狀模型和超螺旋模型已被廣泛用于解釋?duì)?玉米醇溶蛋白從單個(gè)分子自組裝成納米顆粒的過程。

圖1 α-玉米醇溶蛋白的3D 結(jié)構(gòu)圖Fig.1 3D structure of α-zein

表1 α-玉米醇溶蛋白的分子結(jié)構(gòu)模型Table 1 Molecular structure model of α-zein

玉米醇溶蛋白具有獨(dú)特的溶解性和自組裝能力。其等電點(diǎn)在pH5.6～6.4 之間，可溶于60%～95%的乙醇水溶液或者強(qiáng)堿溶液（pH=12）[4]。這種溶解行為與其氨基酸組成和序列密切相關(guān)。玉米醇溶蛋白含有超過50%的非極性氨基酸，而缺少堿性和酸性氨基酸，尤其是色氨酸和賴氨酸[13]。這種氨基酸組成導(dǎo)致其水溶性差和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值偏低[14]。然而，它很容易在醇水體系中自組裝形成納米顆粒作為疏水活性成分的理想載體。這種自組裝納米顆粒具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，可以用于藥物傳遞、食品添加劑和功能性材料等領(lǐng)域。

1.2 玉米醇溶蛋白納米顆粒

在開發(fā)納米顆粒時(shí)，必須考慮基礎(chǔ)材料的成本，安全性以及理化特性。玉米醇溶蛋白是一種從玉米中提取的新型蛋白，已被美國(guó)藥物管理局批準(zhǔn)為安全原料[15]。玉米醇溶蛋白基納米顆粒與合成制劑相比滿足以上需求并具備控制藥物或生物活性物質(zhì)釋放的能力。也有研究表明，玉米醇溶蛋白在濃度為20%（w/v）下具有很大的儲(chǔ)膜能量，可形成穩(wěn)定的納米顆粒分散體且表現(xiàn)出一定的凝膠性能[12]。此外，它的疏水性比其他谷物蛋白質(zhì)更好（平均疏水性為1263 cal/mol），可作為食品級(jí)涂層原料。

玉米醇溶蛋白具備自組裝納米顆粒的能力，但在水性環(huán)境中易聚集且對(duì)環(huán)境刺激響應(yīng)不敏感。研究表明玉米醇溶蛋白與多糖（果膠、藻酸鹽和葡聚糖等）、蛋白質(zhì)（酪蛋白、乳清蛋白和大豆分離蛋白等）和多酚等材料作用可形成穩(wěn)定的納米顆粒[16]。基于玉米醇溶蛋白獨(dú)特的自組裝特性，可構(gòu)建多種玉米醇溶蛋白基納米顆粒的制備方法，本文將重點(diǎn)介紹幾種制備玉米醇溶蛋白基納米顆粒的常用方法。這些方法為玉米醇溶蛋白在食品、醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 刺激響應(yīng)型玉米醇溶蛋白基納米顆粒的制備方法

表2 展示了刺激響應(yīng)型玉米醇溶蛋白基納米顆粒的不同制備方法及其顆粒的理化性質(zhì)。下文將對(duì)刺激響應(yīng)型玉米醇溶蛋白基納米顆粒不同制備方法的原理、制備過程和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

表2 刺激響應(yīng)型玉米醇溶蛋白基納米顆粒的不同制備方法Table 2 Different preparations of stimulus-responsive zein-based nanoparticles

2.1 反溶劑沉淀法

反溶劑沉淀法也稱液-液分散法，是液體分散于另一種不混溶的液體中而形成液滴的過程[4]。首先將玉米醇溶蛋白溶解于乙醇溶液，在一定的攪拌速率下向混合體系中加入大量的反溶劑，誘導(dǎo)玉米醇溶蛋白過飽和并沉淀聚集形成顆粒。此過程中的玉米醇溶蛋白濃度、攪拌速率、醇/水比例等因素會(huì)影響納米顆粒特性。葛思彤等[17]在濃度為40 mg/mL 的紅豆皮多酚和濃度為70%的乙醇下獲得粒徑為170～200 nm 的納米顆粒。此外，Zhang 等[18]研究發(fā)現(xiàn)較高的攪拌速率和較低的黃原膠濃度可得到更小粒徑且均勻的玉米醇溶蛋白-黃原膠復(fù)合顆粒。

反溶劑沉淀法制備的玉米醇溶蛋白基納米顆粒具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性。包封β-胡蘿卜素的茶多酚-玉米醇溶蛋白納米顆粒的粒徑在高溫（80 ℃，60 min）和高離子強(qiáng)度（75 mmol/L NaCl）環(huán)境下無明顯變化[19]。此外，脫氧膽酸鈉修飾的玉米醇溶蛋白納米顆粒在中性pH 條件下非常穩(wěn)定，儲(chǔ)存1 個(gè)月后粒徑無明顯變化[20]。與其他制備方法相比，反溶劑沉淀法獲得的玉米醇溶蛋白基納米顆粒的粒徑通常更小，更有利于細(xì)胞吸收[21]。目前，反溶劑沉淀法廣泛應(yīng)用在制藥、農(nóng)業(yè)和化妝品行業(yè)。該方法操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)疏水性活性物質(zhì)的包封遞送。此外，研究發(fā)現(xiàn)該方法可靈活控制玉米醇溶蛋白基納米顆粒的粒徑，形態(tài)和物理特性等[22]。然而，反溶劑沉淀過程需要大量的有機(jī)溶劑，由于人們對(duì)無酒精食品的渴望和去除有機(jī)溶劑的巨大成本，該方法在食品的應(yīng)用不是很廣泛。因此，需要一種環(huán)境友好、低能耗和無有機(jī)溶劑的制造方法來代替。

2.2 pH 循環(huán)法

pH 循環(huán)法是基于玉米醇溶蛋白可溶于堿性水溶液（pH=12）的溶解特性[23]，將玉米醇溶蛋白溶液的pH 從中性調(diào)節(jié)至極堿后再調(diào)回中性。在pH 由堿性變至中性的過程中，玉米醇溶蛋白的溶解度逐漸降低，結(jié)合生物大分子自組裝行為，形成玉米醇溶蛋白納米顆粒。pH 循環(huán)法已被用于制備玉米醇溶蛋白基納米顆粒包括玉米醇溶蛋白-鼠李糖脂[24]、玉米醇溶蛋白-酪蛋白酸鈉[25]和玉米醇溶蛋白-茶皂苷[26]等復(fù)合納米顆粒。pH 驅(qū)動(dòng)過程具有環(huán)保、節(jié)能、無有機(jī)溶劑等優(yōu)點(diǎn)[24]。其中，玉米醇溶蛋白-茶皂苷復(fù)合納米顆粒在pH 為5.0～8.0、離子強(qiáng)度為0～150 mmol/L以及80 ℃條件下具備良好的物理穩(wěn)定性[26]。pH 循環(huán)形成的玉米醇溶蛋白-乳清蛋白-羥甲基纖維素復(fù)合納米顆粒也具有良好的熱穩(wěn)定性[27]。其他研究獲得負(fù)載姜黃素的玉米醇溶蛋白基納米顆粒分散液呈現(xiàn)透明、橙黃色的光學(xué)特征，是開發(fā)功能性飲料的有用屬性[16]。因此，pH 循環(huán)法驅(qū)動(dòng)能夠以安全、簡(jiǎn)單的方式制造納米顆粒且成本低、無需使用有機(jī)溶劑。未來，它可能成為功能性食品行業(yè)推廣應(yīng)用的有效方案。

2.3 靜電逐層自組裝法

靜電逐層自組裝是利用兩個(gè)或多個(gè)帶有相反電荷的生物聚合物的靜電相互作用，通過逐層吸附的方式組裝在帶電膠體粒子表面，從而形成納米顆粒[28]?；诖朔椒ǎ蓪?duì)玉米醇溶蛋白表面進(jìn)行修飾，改變其光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，從而更好地運(yùn)用在材料、生命科學(xué)等多學(xué)科研究領(lǐng)域。Chen 等[29]通過此方法合成了一種具備基因遞送功能的玉米醇溶蛋白-海藻酸鈉-聚乙基亞胺的復(fù)合納米材料。Da 等[30]以玉米醇溶蛋白、葡糖醛甘露聚糖為原料，獲得一種可食用且可延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期的復(fù)合物。靜電逐層自組裝獲得的納米顆粒的特性通常受到基材、組裝環(huán)境和層數(shù)的影響。徐海星等[31]研究玉米醇溶蛋白-硫酸軟骨素-殼聚糖多層納米顆粒，發(fā)現(xiàn)顆粒粒徑大小與層數(shù)呈線性關(guān)系。同時(shí)，一些研究報(bào)道組裝液的溫度、pH 和離子強(qiáng)度等因素會(huì)影響納米顆粒的特性[32]。然而，納米顆粒在組裝過程易受環(huán)境因素影響，且組裝過程檢測(cè)對(duì)儀器要求高，使其應(yīng)用受到限制。因此，如何調(diào)控納米顆粒的組成結(jié)構(gòu)，提高納米顆粒的穩(wěn)定性以及降低檢測(cè)成本是靜電逐層自組裝技術(shù)需解決的難題。

2.4 新興的方法

除上述的制備方法外，噴霧干燥法和化學(xué)法同樣適用于實(shí)心玉米醇溶蛋白納米顆粒的制備。但是噴霧干燥法要求原料必須耐高溫；而化學(xué)法涉及大量的化學(xué)試劑可能會(huì)產(chǎn)生毒副作用。因此，考慮到納米顆粒的安全性和穩(wěn)定性，一些新興技術(shù)如：微流控、電噴霧、大氣冷等離子體輔助法等逐步被應(yīng)用到納米顆粒的制備。微流控是一種將高壓效應(yīng)與高速?zèng)_擊和流體動(dòng)力空化相結(jié)合以破壞物體結(jié)構(gòu)的技術(shù)[33]。在微流化過程中，待均質(zhì)化的流體被分成多個(gè)高速微流，微流之間相互碰撞產(chǎn)生能量，形成納米顆粒（圖2A）。Ebert 等[34]研究表明，微流控法能夠快速連續(xù)地生產(chǎn)核殼狀且粒徑為100～120 nm 的玉米醇溶蛋白-酪蛋白酸鈉顆粒。傳統(tǒng)制備方法需高水平的表面活性劑才能形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的納米顆粒，而微流控在高沖擊能量下產(chǎn)生均一的顆粒，可減少由表面活性劑引入食品而造成的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，微流控技術(shù)在改善食品特性方面具有巨大潛力，未來可能在食品工業(yè)推廣應(yīng)用。

圖2 微流控法（A）、大氣冷等離子體輔助法（B）、電噴霧法（C）制備的玉米醇溶蛋白基納米顆粒示意圖Fig.2 Schematic diagram of zein-based nanoparticles prepared by microfluidic method (A),atmospheric cold plasma-assisted method(B),and electrospray method (C)

大氣冷等離子體是一種無危害、高效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在生物滅菌和顆粒表面改性[35]。大氣冷等離子體裝置的簡(jiǎn)單示意圖如圖2B 所示。顆粒表面改性主要由三階段構(gòu)成，由電子、離子和自由基等粒子組成的等離子體被激活；其次，這些粒子攻擊顆粒表面的共價(jià)鍵，致使共價(jià)鍵斷裂；空氣中各種活性基團(tuán)與共價(jià)鍵相互作用導(dǎo)致顆粒表面改性。Dong 等[36]研究發(fā)現(xiàn)大氣冷等離子體技術(shù)制備的玉米醇溶蛋白納米膜的表面親水性顯著增加，接觸角從72.85°下降到48.42°，并且機(jī)械強(qiáng)度也顯著增加。目前，大氣冷等離子體技術(shù)在應(yīng)用到玉米醇溶蛋白表面改性的報(bào)道很少，后續(xù)需要更多的研究來闡述作用機(jī)制。

電噴霧技術(shù)技術(shù)是一種可以制備負(fù)載生物活性物質(zhì)和治療藥物的納米顆粒的新型技術(shù)。電噴霧裝置簡(jiǎn)單示意圖如圖2C 所示。其原理是高壓在整個(gè)液滴中產(chǎn)生靜電力，與液滴表面張力競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)生“泰勒”錐形態(tài)，這是帶電液滴的特征；當(dāng)電壓達(dá)到臨界值，帶電顆粒內(nèi)部的靜電斥力克服表面張力，裂變成電荷較低且尺寸較小的液滴。與傳統(tǒng)的納米顆粒制備方式相比，它滿足了納米粒子生產(chǎn)的可擴(kuò)展性、可重復(fù)性、低成本等潛在需求。Rostamabadi 等[37]通過電噴霧技術(shù)將β-胡蘿卜素封裝在玉米醇溶蛋白顆粒，提高了β-胡蘿卜素的溶解度和生物利用度。此外，Javan 等[38]開發(fā)可以片劑形式口服的白藜蘆醇-玉米醇溶蛋白納米顆粒。電噴霧技術(shù)被開發(fā)出了多種噴射模式，可同時(shí)生產(chǎn)粒徑不同的納米顆粒。但其成本極高且結(jié)果缺乏可重復(fù)性，主要原因是納米顆粒在制造過程中受到電壓、噴涂距離、進(jìn)料速率等多種關(guān)鍵因素的影響。因此，必須精確控制電噴霧參數(shù)符合所需納米顆粒的理化性質(zhì)，使其更好地應(yīng)用到食品和醫(yī)藥領(lǐng)域。

2.5 犧牲模板法

犧牲模板法由于模板本身作為反應(yīng)物參與殼材料的構(gòu)造過程，不需要進(jìn)行模板去除工作，被廣泛用于制備中空納米結(jié)構(gòu)材料[39]。犧牲模板可直接決定所制備的中空結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，并最終完全消耗[40]。該方法操作簡(jiǎn)單，將玉米醇溶蛋白的醇溶液與模板分散液混合反應(yīng)一段時(shí)間后，向混合體系加入大量反溶劑[41]。反應(yīng)過程涉及兩階段：a.由于玉米醇溶蛋白的獨(dú)特溶解性，玉米醇溶蛋白沉積于模板材料表面，形成納米顆粒；b.由于模板材料的高水溶性，使得顆粒核心的模板材料會(huì)迅速溶解擴(kuò)散出去，形成中空玉米醇溶蛋白納米顆粒。Song 等[42]以碳酸鈉為模板，合成粒徑約為315 nm 的中空玉米醇溶蛋白-硫酸葡聚糖-殼聚糖復(fù)合納米顆粒，其包封的藏紅花素展現(xiàn)出更強(qiáng)的抗氧化活性。此外，Hu 等[43]以磷酸鈣為模板合成中空玉米醇溶蛋白納米顆粒，研究發(fā)現(xiàn)中空玉米醇溶蛋白粒徑比實(shí)心玉米醇溶蛋白顆粒大。這一結(jié)果可能與模板的類型、用量以及介質(zhì)的pH 有關(guān)[44]。因此，如何優(yōu)化方法使中空玉米醇溶蛋白納米球的尺寸、球殼的厚度以及殼層的組成和結(jié)構(gòu)均勻可控是未來研究應(yīng)探索的問題。

3 刺激響應(yīng)型玉米醇溶蛋白基納米顆粒的響應(yīng)類型

生物活性物質(zhì)的釋放可以在響應(yīng)刺激（內(nèi)源性刺激和外源性刺激）時(shí)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)源性刺激包括動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的pH、氧化還原、酶等，外源性刺激包括光、熱和超聲等。研究發(fā)現(xiàn)機(jī)體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)會(huì)影響內(nèi)源性刺激的變化，而外源性刺激不受機(jī)體生理、病理等因素影響[59]。刺激響應(yīng)型聚合物體系的基本原理在于，一個(gè)特定的刺激可以改變納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)組成/構(gòu)象，從而促進(jìn)負(fù)載的活性物質(zhì)被釋放到特定的環(huán)境[60]。與人工合成的聚合物相比，天然生物聚合物在應(yīng)用于刺激響應(yīng)的聚合物體系中越來越受歡迎。玉米醇溶蛋白已被證明是一種具有良好生物相容性和環(huán)境可持續(xù)性的天然聚合物材料。圖3 展示不同刺激響應(yīng)類型的玉米醇溶蛋白基納米顆粒。下文將對(duì)不同響應(yīng)類型的玉米醇溶蛋白基納米顆粒的理化特性、負(fù)載能力和響應(yīng)能力進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖3 不同刺激響應(yīng)類型的玉米醇溶蛋白基納米顆粒Fig.3 Zein-based nanoparticles of different stimulus-response types

3.1 內(nèi)源性刺激響應(yīng)的玉米醇溶蛋白基納米顆粒

3.1.1 pH 響應(yīng)的玉米醇溶蛋白基納米顆粒 人體內(nèi)各個(gè)部位及細(xì)胞區(qū)室之間的pH 存在明顯差異。這種差異不僅存在于器官水平，如胃腸道和腫瘤部位，還存在于細(xì)胞內(nèi)不同區(qū)室之間，例如溶酶體（pH=4.5～5）和細(xì)胞質(zhì)（pH=7.4）[59]。pH 響應(yīng)性通常是通過嵌入納米顆?；|(zhì)中的特定化學(xué)基團(tuán)的存在來實(shí)現(xiàn)的。Yuan 等[61]發(fā)現(xiàn)玉米醇溶蛋白-硫酸葡聚糖納米顆粒中的姜黃素的生物可利用性顯著高于游離姜黃素，玉米醇溶蛋白和硫酸葡聚糖的存在保護(hù)了姜黃素免受胃環(huán)境降解的影響。巰基改性殼聚糖修飾的玉米醇溶蛋白納米顆粒在酸性介質(zhì)中可有效地抑制辣椒素的釋放[62]。此外，Anirudhan 等[63]合成一種負(fù)載5-氟尿嘧啶和姜黃素的二氧化硅-玉米醇溶蛋白納米顆粒。研究表明相比正常細(xì)胞環(huán)境（pH=7.4），納米顆粒中的活性物質(zhì)在肝癌細(xì)胞環(huán)境（pH=5.5）釋放速率更快。

3.1.2 酶響應(yīng)的玉米醇溶蛋白基納米顆粒 酶刺激響應(yīng)納米顆粒是一種具有特殊響應(yīng)性的納米顆粒，其響應(yīng)能力是通過酶的活性來觸發(fā)的。酶刺激響應(yīng)納米顆粒的設(shè)計(jì)目的是將藥物或其他生物活性分子有效地傳遞到特定的細(xì)胞或組織中。當(dāng)納米顆粒與特定的酶相互作用時(shí)，酶的活性可以觸發(fā)納米顆粒的結(jié)構(gòu)改變或分解，從而釋放藥物。Luo 等[64]制備負(fù)載α-生育酚的玉米醇溶蛋白-殼聚糖復(fù)合物。研究發(fā)現(xiàn)玉米醇溶蛋白的水解物可能吸附到α-生育酚球滴上，從而延緩α-生育酚在胃中的釋放。此外，玉米醇溶蛋白納米顆粒可通過胰蛋白酶反應(yīng)刺激釋放檸檬烯和香芹酚，降低了植物毒素對(duì)人類健康產(chǎn)生的影響[65]。Aytac 等[66]構(gòu)建一種由含有游離的天然抗菌劑的酶刺激響應(yīng)顆粒。納米顆粒被微生物分泌的酶激活時(shí)，能夠迅速釋放天然抗菌劑抑制食源性致病性菌的數(shù)量。

3.1.3 氧化還原響應(yīng)的玉米醇溶蛋白基納米顆粒氧化還原刺激響應(yīng)的納米顆粒是一類能夠?qū)ρ趸€原環(huán)境變化做出響應(yīng)的納米顆粒材料。這些納米顆粒具有特殊的結(jié)構(gòu)和組成，使其能夠在不同氧化還原環(huán)境下發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移、電子傳導(dǎo)或電子釋放等反應(yīng)。Hou 等[67]合成一種納米藥物顆粒，紫杉醇藥物在高濃度谷胱甘肽環(huán)境中迅速釋放且副作用顯著降低。此外，高水平的谷胱甘肽可以誘導(dǎo)玉米醇溶蛋白納米顆粒表面多酚涂層的生物降解，進(jìn)而導(dǎo)致納米顆粒中的抗癌藥物快速釋放[68]。Zhao 等[69]以3,3’-二硫代二丙酸為中介，將玉米醇溶蛋白與殼聚糖共價(jià)連接，制備負(fù)載阿維菌素的親水性納米顆粒。研究發(fā)現(xiàn)阿維菌素在中性條件下從顆粒中緩慢釋放，在高濃度谷胱甘肽刺激下迅速釋放。因此，基于玉米醇溶蛋白構(gòu)建的氧化還原敏感納米顆粒在抗癌藥物靶向遞送領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用前景。

3.2 外源性刺激響應(yīng)的玉米醇溶蛋白基納米顆粒

玉米醇溶蛋白基納米顆粒作為外源性刺激響應(yīng)的生物活性物質(zhì)控釋系統(tǒng)，具有更精確的遠(yuǎn)程調(diào)控能力，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域。納米顆?？赏ㄟ^控制外界刺激源的開關(guān)以及功率實(shí)現(xiàn)生物活性物質(zhì)釋放的開關(guān)以及釋放速率的控制。因此，本節(jié)主要是對(duì)光和磁場(chǎng)響應(yīng)的玉米醇溶蛋白基納米顆粒進(jìn)行總結(jié)。

3.2.1 光響應(yīng)的玉米醇溶蛋白基納米顆粒 納米載體受光刺激產(chǎn)生反應(yīng)的類型大致分為以下3 種[70]：a.由于光轉(zhuǎn)化為熱，材料發(fā)生相變，從而產(chǎn)生反應(yīng)；b.由于材料見光分解，從而產(chǎn)生反應(yīng)；c.由于光照，材料的空間幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生反應(yīng)。Mahlumba等[71]合成一種經(jīng)過偶氮染料修飾的玉米醇溶蛋白光響應(yīng)納米顆粒。在紫外光照射下，納米顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生異構(gòu)化導(dǎo)致免疫球蛋白大量釋放。玉米醇溶蛋白基納米載體也可用于肝細(xì)胞癌的體外光動(dòng)力學(xué)治療[72]。此外，一項(xiàng)研究構(gòu)建金沉積玉米醇溶蛋白納米顆粒，可應(yīng)用于癌癥的光熱治療[73]。研究結(jié)果表明，納米顆粒在25 μg 治療劑量和5 min 的激光照射下，對(duì)癌細(xì)胞具有高效殺傷力。

3.2.2 磁響應(yīng)的玉米醇溶蛋白基納米顆粒 在磁場(chǎng)的作用下，金屬、超順次性氧化物等材料的形態(tài)和性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化[74]。利用這些材料獨(dú)特的性質(zhì)，許多研究制備出具有磁響應(yīng)性能的智能納米粒子，并且這些納米顆粒在外加磁場(chǎng)的作用下可以將藥物快速遞送到人體的病理部位。Marín 等[75]制備了一種磁性玉米醇溶蛋白基納米載體，將對(duì)乙酰氨基酚作為模型藥物進(jìn)行包封。結(jié)果表明，磁鐵礦納米顆粒在沒有磁場(chǎng)作用下運(yùn)行時(shí)，它會(huì)形成屏障阻止藥物通過薄膜，但在外加磁場(chǎng)的作用下，它可以打開藥物擴(kuò)散通道，并且可以通過改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而精準(zhǔn)控制藥物的釋放百分比。此外，磁性玉米醇溶蛋白基納米載體可在電磁場(chǎng)作用下特異性吸附軟飲料中的阿斯巴甜，快速輕松地測(cè)定測(cè)試樣品中的阿斯巴甜含量[76]。

3.3 多重響應(yīng)的玉米醇溶蛋白基納米顆粒

由于人體是一個(gè)較為復(fù)雜的生理環(huán)境，僅依靠單一刺激響應(yīng)很難實(shí)現(xiàn)活性物質(zhì)的作用最大化。為了解決這一難題，將兩個(gè)或兩個(gè)以上的敏感因素引入到納米顆粒中，構(gòu)建出多重刺激響應(yīng)的納米顆粒，從而實(shí)現(xiàn)納米顆粒包封物質(zhì)的更高活性和釋放率。目前，多重刺激響應(yīng)的納米顆粒已成為遞送領(lǐng)域的新發(fā)展趨勢(shì)。表3 展示了不同材料與玉米醇溶蛋白復(fù)合后形成多重響應(yīng)納米顆粒的性質(zhì)及其響應(yīng)能力。玉米醇溶蛋白基納米顆粒能夠?qū)Χ喾N生物活性物質(zhì)進(jìn)行包封，且可以對(duì)環(huán)境中的多個(gè)刺激作出響應(yīng)，展現(xiàn)出玉米醇溶蛋白基納米顆粒作為多重響應(yīng)載體的巨大潛力。然而，由于多重響應(yīng)型納米顆粒的刺激響應(yīng)特性，導(dǎo)致納米顆粒的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，納米顆粒的表征手段更加困難。因此，多重響應(yīng)型納米顆粒是否會(huì)表現(xiàn)出更加優(yōu)異的響應(yīng)特性和載藥特性還需要更多的研究探索。

表3 玉米醇溶蛋白和大/小分子復(fù)合后納米顆粒的性質(zhì)及其多重響應(yīng)能力Table 3 Properties of nanoparticles after complexation of zein and macro/small molecules and their multiple responsiveness

4 刺激響應(yīng)型玉米醇溶蛋白基納米顆粒的應(yīng)用

4.1 食品智能納米包裝材料的應(yīng)用

隨著納米技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能納米包裝逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料包裝。食品智能包裝的主要形式包括3 種，分別為新鮮度指示型、時(shí)間-溫度指示型和氣體指示型[82]。食品智能包裝具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，不但可以控制食品中微生物、食源性病原體數(shù)量，還可以對(duì)系統(tǒng)中溫度、濕度或氧氣水平的變化迅速作出反應(yīng)。玉米醇溶蛋白基納米顆粒逐漸已納米傳感器的形式應(yīng)用到智能食品包裝系統(tǒng)，來控制食品的質(zhì)量和安全。Ren 等[83]成功制備了含有丁香酚和姜黃素的玉米醇溶蛋白-殼聚糖活性薄膜，姜黃素的負(fù)載使薄膜更加智能，薄膜的顏色會(huì)隨環(huán)境pH 變化而變化。此外，Li 等[84]以玉米醇溶蛋白為外層保護(hù)層，以結(jié)冷膠-黑米提取物為內(nèi)層感應(yīng)層，開發(fā)了一種具有顏色指示功能和耐紫外光的雙功能雙層比色指示膜?？傊?，玉米醇溶蛋白納米顆粒在食品智能包裝中具有廣泛的應(yīng)用前景，可以提高食品的安全性、品質(zhì)檢測(cè)、和信息傳遞等方面的功能。

4.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來，納米技術(shù)為可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。納米技術(shù)可以用于改善農(nóng)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量、優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程、提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性等方面。目前，玉米醇溶蛋白基材料在納米農(nóng)藥系統(tǒng)的研究中取得了巨大進(jìn)展，它們不僅具有緩釋特性，而且可以通過利用一些刺激因子如pH、溫度、酶等來促使納米顆粒對(duì)刺激做出反應(yīng)，釋放農(nóng)藥并殺死目標(biāo)生物。Zhong 等[85]利用玉米醇溶蛋白改性介孔二氧化硅作為納米載體，負(fù)載阿維菌素得到納米農(nóng)藥，此納米顆粒具有在堿性或酶條件下控釋、光穩(wěn)定性強(qiáng)、殺蟲效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。此外，Li 等[86]將磷酸化玉米醇溶蛋白與羧甲基纖維素-二烯丙基二甲基氯化銨接枝共聚物結(jié)合獲得多重響應(yīng)的納米農(nóng)藥顆粒。該納米農(nóng)藥顆粒顯著提高農(nóng)藥利用率，且對(duì)環(huán)境友好，可通過調(diào)節(jié)單體比例和pH 響應(yīng)智能控制農(nóng)藥釋放，具有較高的工業(yè)化前景。總之，玉米醇溶蛋白納米載體在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通過將玉米醇溶蛋白與納米載體結(jié)合，可以提高農(nóng)藥和肥料的穩(wěn)定性和效果，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。然而，目前對(duì)于玉米醇溶蛋白納米載體的研究還比較有限，需要進(jìn)一步深入研究其制備方法、性質(zhì)和應(yīng)用效果，以實(shí)現(xiàn)其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。

4.3 納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

納米顆粒作為藥物輸送的載體，可以在pH、溫度或氧化還原等刺激下將藥物輸送到人體特定部位。在這方面，植物蛋白由于其良好的性質(zhì)即無毒性、生物可降解性，可作為天然原料用于制備納米顆粒。近年來，玉米醇溶蛋白由于它獨(dú)特的自組裝特性而引起了制藥和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，且作為納米載體應(yīng)用于控釋藥物的研究取得了巨大進(jìn)展。Zhu等[87]合成負(fù)載吲哚美辛的沸石型咪唑鹽骨架-8-琥珀?；衩状既艿鞍准{米顆粒，在含有胰酶或者中性環(huán)境下可迅速釋放藥物。此外，Lee 等[88]制備靶向遞送紫杉醇至前列腺癌的玉米醇溶蛋白-殼聚糖納米顆粒，紫杉醇在模擬腫瘤微環(huán)境（pH=6.8、10 mmol/L谷胱甘肽）中釋放速率顯著提高。因此，基于玉米醇溶蛋白構(gòu)建的多重響應(yīng)納米顆粒在藥物遞送領(lǐng)域也具有非常好的應(yīng)用前景。然而，目前玉米醇溶蛋白納米顆粒在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究還處于初級(jí)階段，存在一些挑戰(zhàn)和限制。例如，玉米醇溶蛋白納米載體的制備方法和性質(zhì)調(diào)控還需要進(jìn)一步優(yōu)化和探索，以實(shí)現(xiàn)更好的藥物傳遞效果。此外，納米顆粒的穩(wěn)定性、毒性和生物安全性等問題也需要進(jìn)一步研究和評(píng)估。

5 結(jié)論與展望

刺激響應(yīng)玉米醇溶蛋白基納米顆?？赏ㄟ^pH循環(huán)法、反溶劑沉淀法和靜電逐層自組裝等方法制備，但是考慮到環(huán)境友好性和安全性，一些新興技術(shù)如：微流控、電噴霧、大氣冷等離子體輔助等方法逐步代替這些傳統(tǒng)的制備方法。通過與其他材料復(fù)合，可以構(gòu)建具有酶、光、pH、溫度等刺激響應(yīng)功能的玉米醇溶蛋白基納米載體系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以應(yīng)用于對(duì)環(huán)境因素較敏感的生物活性物質(zhì)的包封荷載中。相比傳統(tǒng)的納米顆粒，刺激響應(yīng)玉米醇溶蛋白基納米顆粒能最大限度地實(shí)現(xiàn)生物活性物質(zhì)的控制釋放，并提高生物活性物質(zhì)的利用率和穩(wěn)定性。

基于玉米醇溶蛋白構(gòu)建的刺激響應(yīng)納米載體在食品智能包裝、醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是，刺激響應(yīng)納米載體在農(nóng)藥領(lǐng)域的研究還處于基礎(chǔ)階段，距離商業(yè)化還有一定距離。因此，要實(shí)現(xiàn)刺激響應(yīng)納米顆粒的商業(yè)化應(yīng)用，必須進(jìn)一步明確納米農(nóng)藥的理化性質(zhì)、環(huán)境因素和生物效應(yīng)之間的相互關(guān)系，并對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)和研究。在未來的研究中，刺激響應(yīng)玉米醇溶蛋白基納米材料應(yīng)用于食品包裝和制藥產(chǎn)業(yè)之前應(yīng)開展毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)，評(píng)估其對(duì)人體健康影響的程度。此外，更多的研究應(yīng)該投入到多刺激（雙重刺激、三重刺激等）響應(yīng)納米顆粒的研發(fā)，以及如何將納米顆粒的多重響應(yīng)特性和納米顆粒的靶向遞送進(jìn)行結(jié)合還有待進(jìn)一步探索。

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