小尺度木素顆粒的制備及其應(yīng)用研究進(jìn)展

陳凱，齊云賡，郭延柱，王適，李海明

（1 大連工業(yè)大學(xué)輕工與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧大連116034；2 大連工業(yè)大學(xué)服裝學(xué)院，遼寧大連116034）

隨著煤炭等化石能源的匱乏，開(kāi)發(fā)可再生資源成為新的發(fā)展方向。生物質(zhì)原料因易取得、低成本而備受關(guān)注[1-3]。

廣泛存在于自然界中的木素是一種可再生的天然高聚物，其在植物纖維中的含量約占植物體的20%～30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）[4-5]。全球木素年產(chǎn)量約有7000萬(wàn)噸，但大部分均用于燃燒，僅有不到5%實(shí)現(xiàn)了高值化利用[6-8]。從結(jié)構(gòu)上看，木素為無(wú)定形三維立體聚酚類(lèi)化合物，由3種苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元（圖1）聚合而成。針葉木木素主要由松柏基醇單元組成，而闊葉木木素則主要由松柏基醇單元和芥基醇單元組成[9-10]。木素結(jié)構(gòu)單元間的連接方式主要是碳碳鍵（20%～35%）和醚鍵（60%～75%）。其中碳碳鍵主要有β—β′、β—5′、5—5′等，而醚鍵主要有β—O—4、α—O—4 以及5—O—4 等，見(jiàn)圖2[11-13]。同時(shí)，由于木素的分子結(jié)構(gòu)中眾多的官能團(tuán)和化學(xué)鍵[14-15]，在一定條件下能導(dǎo)致許多化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，例如，在苯環(huán)上可進(jìn)行木素的鹵化、磺化、接枝共聚等，而在側(cè)鏈官能團(tuán)的反應(yīng)主要有?；?、烷化、酚化、酯化（縮合）和異氰化等；此外，還有氧化、水解和降解等化學(xué)反應(yīng)[16-17]。這些官能團(tuán)和化學(xué)鍵為其進(jìn)行化學(xué)改性、實(shí)現(xiàn)綜合利用提供了可能性。

圖1 木素的3種基本結(jié)構(gòu)單元［9］

繼納米纖維素的研究取得階段性成果[18-20]以來(lái)，納米木素的出現(xiàn)為木素基高附加值產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用開(kāi)辟了一條新途徑[21-22]。納米木素兼具納米材料的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、界面效應(yīng)等特性[23-25]與木素?zé)o毒、耐腐蝕、抗菌、抗紫外線(xiàn)、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)[26-28]，在紫外線(xiàn)防護(hù)、復(fù)合材料和藥物運(yùn)輸載體等眾多領(lǐng)域都表現(xiàn)出了廣泛的潛在應(yīng)用價(jià)值[29-31]。近年來(lái)，專(zhuān)家學(xué)者圍繞小尺度木素顆粒進(jìn)行了一系列的研究和開(kāi)發(fā)[32-34]。大多文獻(xiàn)報(bào)道的小尺度木素顆粒產(chǎn)品為納米尺度，然而不同研究者對(duì)納米木素的界定有所不同。王善勇等[26]認(rèn)為，納米木素通常是采用物理或化學(xué)等手段，將聚集態(tài)的木素經(jīng)過(guò)納米化處理而得到大小均勻和形狀均一的納米顆粒。而Zhao等[29]認(rèn)為，納米木素顆粒主要通過(guò)基于溶液的處理來(lái)制備，即采用顆粒在木素溶液中受控沉淀的方式制得，尺寸從幾十納米到幾百納米不等，形態(tài)各異。此外，也有學(xué)者對(duì)微米級(jí)木素顆粒進(jìn)行了研究[30]。本文中的小尺度木素顆粒是指粒徑范圍處于微納級(jí)（1nm～1μm）、通過(guò)物理、化學(xué)、生物等手段制得、以粉體形式存在或以膠體形式分散于溶液中的實(shí)心/中空木素顆粒。本文簡(jiǎn)要介紹了小尺度木素顆粒的制備和應(yīng)用研究，旨在為林木資源深加工和生物基納米材料的開(kāi)發(fā)與利用提供借鑒。

圖2 木素結(jié)構(gòu)單元間主要連接方式［13］

1 小尺度木素顆粒的制備

根據(jù)反應(yīng)類(lèi)型，小尺度木素顆粒的制備大體可分為化學(xué)法、機(jī)械法和生物法。其中化學(xué)法主要包括自組裝法、反溶劑法以及界面聚合/交聯(lián)法等；機(jī)械法主要包括高剪切均質(zhì)法、超聲波法和超聲噴霧冷凍法等；生物法主要包括微生物法和酶解法；此外還有多種方式相結(jié)合的綜合法。根據(jù)最終產(chǎn)物狀態(tài)可分為小尺度木素粉體產(chǎn)品以及含溶劑小尺度木素產(chǎn)品（膠體球、微膠囊）。上述制備方法根據(jù)產(chǎn)品組成不同又可分為兩大類(lèi)，即小尺度全木素顆粒的制備和小尺度木素顆粒復(fù)合材料的制備。

1.1 小尺度木素顆粒的制備

1.1.1 反溶劑法

反溶劑法是指從成分不同的物質(zhì)中，僅分離或除去某種成分時(shí)，預(yù)先將該物質(zhì)溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，添加不溶解該物質(zhì)的溶劑，即反溶劑，使之凝集沉降分離的方法。與自組裝法相比，反溶劑法有效減少了繁瑣的分離步驟。Myint 等[35]通過(guò)簡(jiǎn)單的一鍋法合成了準(zhǔn)球形木素納米顆粒（LNPs），其中以N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶解硫酸鹽木素，以壓縮液態(tài)CO2為反溶劑，研究了各種工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品尺寸、尺寸分布、顆粒形態(tài)、表面積、結(jié)構(gòu)特征和產(chǎn)率的影響，然后對(duì)木素納米顆粒的形成機(jī)理及特性進(jìn)行了研究。在280.2K、15.0MPa、0.06kg/h的溶液流速、5.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的初始木素濃度、968.24kg/m3的壓縮液態(tài)CO2密度和CO2∶CO2-DMF溶液的摩爾分?jǐn)?shù)0.99（CO2通過(guò)冷卻器以258.2K泵送至沉淀器，流速保持在3.0kg/h）下，獲得了平均粒徑為38nm、比表面積約92m2/g、具有高單分散性和均勻性的木素納米顆粒。Richter等[36]通過(guò)反溶劑法制備了粒徑范圍在45～250nm的小尺度木素顆粒。

Lu 等[37]采用超臨界反溶劑法（SAS）成功制備了微米級(jí)木素顆粒，溶劑和反溶劑分別為丙酮和超臨界二氧化碳。實(shí)驗(yàn)表明，木素顆粒的平均粒徑為(0.144±0.03)μm，SAS 工藝并未導(dǎo)致木素降解或化學(xué)結(jié)構(gòu)改變。微米級(jí)木素溶解度比尺度更大的木素溶解度高12.4倍，由于溶解度的提高，木素顆粒的許多抗氧化參數(shù)（DPPH自由基清除活性、超氧自由基清除活性和還原能力）明顯提高。

Gupta 等[38]采用乙二醇溶液通過(guò)反溶劑法合成了球形結(jié)構(gòu)的小尺度木素顆粒，測(cè)得顆粒尺寸為50～250nm。差示掃描量熱（DSC）分析表明，較之木素原料，小尺度木素顆粒的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、熔融溫度（Tm）和結(jié)晶溫度（Tc）均有所升高。熱重（TGA）分析表明，較之木素原料，小尺度木素顆粒的熱穩(wěn)定性亦有所提高。基于此，制得的小尺度木素顆?？勺鳛樘烊惶盍嫌糜诰酆衔锛{米復(fù)合材料的制備。Rahman 等[39]以蒸汽爆破稻草木素（SERSL）為原料，分別以水、乙二醇以及蓖麻油為溶劑，鹽酸溶液為反溶劑，合成了納米級(jí)木素顆粒，掃描電子顯微鏡（SEM）表征LNPs 的平均粒徑分別為小于100nm、20～30nm 以及15～20nm。熊凱等[40]以乙酸木素為原料，制備了小尺度木素顆粒及其無(wú)機(jī)粒子復(fù)合微球，制得的木素顆粒均勻規(guī)整，粒徑分布在200nm左右。

1.1.2 高剪切均質(zhì)法

高剪切均質(zhì)法可以均勻分散乳化液或懸浮液體系中的分散相顆粒，其基本原理是利用機(jī)械剪切作用將木素懸浮液進(jìn)行均化處理。Nair等[41]提出了一種簡(jiǎn)單的利用高剪切均質(zhì)機(jī)均化硫酸鹽木素顆粒制備納米木素的新方法。首先將純化的干燥硫酸鹽木素浸泡并分散在去離子水中，然后將木素懸浮液用高剪切均質(zhì)機(jī)均化處理4h。與硫酸鹽木素顆粒相比，制得的納米木素顆粒的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量分布和多分散性無(wú)明顯變化且熱穩(wěn)定性更好。劉志明等[42]利用堿溶酸沉法對(duì)堿木質(zhì)素進(jìn)行預(yù)處理得到的精制堿木素，研磨后過(guò)篩，得到粒徑小于0.2mm的堿木素。隨后將其置于去離子水中超聲處理5～15min，制得堿木素懸浮液。將堿木素懸浮液置于高壓均質(zhì)機(jī)中，在壓強(qiáng)為900～1000bar （1bar=105Pa）下循環(huán)2～3 次，獲得納米木素溶膠，冷凍干燥即得納米木素顆粒，粒徑可控制在10～70nm。

1.1.3 超聲波法

超聲波法的基本原理是通過(guò)超聲波為木素提供能量，使其分子鍵斷裂，從而降低木素顆粒的尺寸。與高剪切均質(zhì)法相比，超聲波法制備的小尺度木素顆粒沉降現(xiàn)象較少，穩(wěn)定性較好[26]。Gilca 等[43]通過(guò)超聲波法獲得了LNPs，原料為兩種商業(yè)木素——小麥秸稈木素和薩爾坎達(dá)草（sarkanda grass）木素。實(shí)驗(yàn)用20kHz、600W 的超聲波將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%的木素水懸浮液處理60min，獲得了均勻穩(wěn)定的納米分散體。平均粒徑從1～10μm 顯著減小到0.01～0.05μm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，經(jīng)超聲處理后，木素的兩種主要反應(yīng)為側(cè)鏈裂解（β—O—4 鍵減少，愈創(chuàng)木基和對(duì)羥苯基減少）和氧化偶聯(lián)（5—5′鍵增加，縮合酚羥基增加），其中以裂解作用為主[數(shù)均分子量（Mn）和重均分子量（Mw）均降低]，并可通過(guò)調(diào)節(jié)超聲波輻射時(shí)間和功率來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)，見(jiàn)表1、表2。

表1 羥基含量的測(cè)定[43]

表2 分子量分布[43]

Zimniewska 等[44]也通過(guò)超聲波處理得到了納米結(jié)構(gòu)的木素。研究發(fā)現(xiàn)，將其填充在亞麻織物上，可顯著改善織物的紫外線(xiàn)阻隔性能，并使織物具有良好的殺菌活性和抗靜電性能。

1.1.4 超聲噴霧冷凍法

Mishra 等[45]通過(guò)超聲噴霧冷凍法成功合成了中空/實(shí)心的小尺度木素顆粒。首先，將溶于二氧六環(huán)中的堿性木素干燥后，溶于二甲基亞砜中形成溶液。隨后用超聲波霧化器（1.7MHz，29℃）在N2氣氛（25L/min）下將溶液噴灑在用液氮預(yù)冷卻的銅板上，獲得冷凍液滴。將這些液滴分散在液氮中，用Milli Q水透析以除去液氮，調(diào)節(jié)水溫至10℃、pH為10.5，即得在水中穩(wěn)定分散的小尺度木素顆粒。小尺度木素顆粒的形成分為兩個(gè)步驟：首先是液滴的形成，其次是顆粒的形成。其中液滴大小取決于噴霧器的工作頻率、液滴的表面張力和待噴射溶液的密度和黏度。顆粒的形狀取決于液滴中溶劑凍結(jié)與木素?cái)U(kuò)散的時(shí)間長(zhǎng)短，若木素?cái)U(kuò)散所需時(shí)間（Tld）遠(yuǎn)大于溶劑凍結(jié)所需時(shí)間（Tsf），則會(huì)形成中空或多孔顆粒，否則為實(shí)心顆粒[46]，見(jiàn)圖3。Tardy 等[47]采用類(lèi)似方法制得了小尺度木素顆粒，并在其表面涂覆Fe(Ⅲ)-單寧酸納米薄膜，隨后通過(guò)調(diào)節(jié)pH或加入DMF去除木素顆粒，成功制備了空心金屬酚醛膠囊，可降解有機(jī)染料，應(yīng)用于水體凈化。

圖3 超聲噴霧冷凍法制備小尺度木素顆粒［46］

1.1.5 微生物法

微生物法的基本原理是通過(guò)特定培養(yǎng)的微生物對(duì)木素進(jìn)行降解，從而獲得小尺度木素顆粒。Juikar 等[48]以源自椰子的木素為原料，通過(guò)微生物水解工藝成功制備了納米木素。首先采用堿法制漿工藝從椰子纖維中提取木素，將其作為真菌Aspergillussp.的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的唯一碳源。然后在31℃、110r/min的搖動(dòng)條件下處理15天。制得的樣品以1000r/min離心15min，除去雜質(zhì)和未水解的木素，過(guò)濾上清液，獲得含有納米木素的濾液。通過(guò)監(jiān)測(cè)上清液中木素過(guò)氧化物酶（LiP）的活性確定真菌對(duì)木素的作用程度，發(fā)現(xiàn)處理時(shí)間為8 天時(shí)，酶活性達(dá)到峰值，納米木素產(chǎn)率最高。通過(guò)與高剪切均質(zhì)、超聲波處理制備的納米木素比較，發(fā)現(xiàn)微生物處理得到的納米木素的產(chǎn)率最低，僅為58.4%。原因可能是真菌Aspergillussp.在生長(zhǎng)過(guò)程中消耗了大量的木素以及離心過(guò)程去除了部分木素。通過(guò)XRD 分析，發(fā)現(xiàn)在超聲波處理下，納米木素的微晶尺寸最低，為1.5nm；而在微生物處理的情況下，微晶的尺寸最高，約為4.0nm。

1.1.6 酶解法

酶解法的基本原理是通過(guò)特定酶將除木素外的物質(zhì)進(jìn)行分解除去，從而獲得木素顆粒。Rangan等[49]首次以印度絲瓜為原料，通過(guò)特定酶分解木素-纖維素復(fù)合物制備了富含木素的納米顆粒。首先將絲瓜在液氮中冷凍粉碎/研磨，在丙酮、乙醇和甲苯的混合物中通過(guò)索氏抽提器對(duì)纖維進(jìn)行抽提，提取的粉末置于烘箱中干燥，然后浸泡在緩沖液中1～2h。用特定酶處理，將浸泡過(guò)的粉末和酶混合物振蕩24h。這種方法通過(guò)木質(zhì)纖維素復(fù)合體結(jié)構(gòu)的位點(diǎn)特異性分解，制備了高木素含量的均勻立方體納米顆粒，尺寸范圍為20～100nm。

1.2 含溶劑小尺度木素膠體球的制備

1.2.1 自組裝法

自組裝法是指構(gòu)筑基元（如分子、離子等）在一定條件下通過(guò)靜電引力、氫鍵、配位鍵、π-π堆疊作用和分子識(shí)別等相互作用形成多種有序聚集體的過(guò)程，在功能性結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方面起著至關(guān)重要的作用[50-52]。Qian 等[53]從制漿黑液中回收堿木素（AL），將其進(jìn)行乙?；男浴⒁阴；舅兀ˋCL）溶解在四氫呋喃（THF）中，制備出1mg/mL 的ACL-THF 溶液，通過(guò)自組裝法制備膠體球。當(dāng)水不斷加入ACL-THF中時(shí)，ACL分子逐漸聚集。當(dāng)含水量體積分?jǐn)?shù)達(dá)44%時(shí)，開(kāi)始形成膠體球，并在含水量達(dá)67%時(shí)完成膠體化過(guò)程，測(cè)得平均半徑為80nm。隨后，該課題組[54]進(jìn)一步利用造紙廢液中的堿木素通過(guò)與重氮鹽偶合反應(yīng)成功合成了木素基偶氮聚合物（AL-azo-COOEt），見(jiàn)圖4。疏水性對(duì)酯基偶氮苯結(jié)構(gòu)的引入調(diào)節(jié)了與木素偶氮聚合物芳香核骨架相連接的疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)的比例，從而使其能夠在選擇性溶劑（水）的作用下自組裝成內(nèi)外親疏水性不同的膠體球。TEM 觀察到的結(jié)果表明，膠體球?yàn)橐?guī)整球形，半徑為74nm。

Lievonen 等[55]介紹了一種無(wú)需化學(xué)改性、直接利用針葉木硫酸鹽木素生產(chǎn)小尺度木素顆粒的方法。將針葉木硫酸鹽木素溶于有機(jī)溶劑四氫呋喃中，然后通過(guò)透析將水引入到系統(tǒng)中。制得的木素顆粒平均直徑為200～500nm，在pH 為4～10 以及離子強(qiáng)度高達(dá)500mmol/L 的NaCl 溶液中非常穩(wěn)定，利于工業(yè)生產(chǎn)。用陽(yáng)離子聚電解質(zhì)聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDADMAC）涂覆制備的木素顆粒，可實(shí)現(xiàn)木素顆粒表面電荷的改性。Salentinig等[56]在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了溶劑和pH 對(duì)小尺度木素顆粒結(jié)構(gòu)和形態(tài)的影響。當(dāng)溶劑從THF逐漸變?yōu)樗畷r(shí)，木素逐漸由分形的多孔結(jié)構(gòu)變?yōu)楸砻婀饣那蛐晤w粒結(jié)構(gòu)。體系中pH 的改變會(huì)導(dǎo)致小尺度木素顆粒上官能團(tuán)的質(zhì)子化或去質(zhì)子化，從而控制分子間的靜電相互作用。在pH為5.6時(shí)，木素鏈上帶負(fù)電荷的結(jié)構(gòu)單元之間的排斥庫(kù)侖力可以誘導(dǎo)微米級(jí)球形木素顆粒的形成。而在pH為2.0時(shí)，由于大部分羧基被質(zhì)子化，顆粒表面電荷減少，從而導(dǎo)致顆粒聚集。顆粒形態(tài)的變化可用于溶劑或由pH 觸發(fā)的包封客體分子的控釋系統(tǒng)。

Liu 等[57-58]將木素分級(jí)后成功制備了小尺度木素顆粒。該課題組[57]以玉米秸稈為原料，使用乙醇等溶劑通過(guò)順序有機(jī)溶劑破碎法（sequential organosolv fragmentation approach，SOFA）獲得了3種具有不同性質(zhì)的分級(jí)木素（圖5），并調(diào)整其化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)性，以自組裝法制備了具有不同性質(zhì)的小尺度木素顆粒。其中以乙醇為溶劑，硫酸為催化劑，通過(guò)SOFA獲得的分級(jí)木素制備的小尺度木素顆粒最小有效直徑約為130nm，zeta 電位值小于-50mV，多分散指數(shù)（PDI）低于0.08，表明木素顆粒具有良好的均勻性和穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)提高木素的分子量，降低紫丁香基型木素與愈創(chuàng)木基型木素的比例，促進(jìn)β—O—4 和β—β鍵的斷裂（以促進(jìn)木素聚合反應(yīng)的發(fā)生，提高其疏水性）以及增加木素中酚羥基和羧基的含量（以促進(jìn)分子內(nèi)氫鍵和雙電層的形成），可以生產(chǎn)出均勻性和穩(wěn)定性更好的球形小尺度木素顆粒。

圖4 AL-azo-COOEt合成路線(xiàn)［54］

圖5 SOFA流程圖［57］

水溶助長(zhǎng)化學(xué)（hydrotropic chemistry）是指通過(guò)水溶助長(zhǎng)劑（如對(duì)甲苯磺酸鹽、枯烯磺酸鹽等）的使用，以促進(jìn)水不溶或難溶性化合物在水中的溶解[59-61]。Chen 等[62]在水溶助長(zhǎng)化學(xué)的基礎(chǔ)上，通過(guò)自組裝法制備小尺度木素顆粒。其中水溶助長(zhǎng)劑采用可回收且無(wú)毒的對(duì)甲苯磺酸鈉水溶液（pTsONa）。在室溫下制得的木素顆粒流體動(dòng)力學(xué)直徑范圍為80～230nm，最低濃度高達(dá)48g/L。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)[62-63]，木素顆粒尺寸隨溶液中水溶助長(zhǎng)劑稀釋速率的增加而增大，同時(shí)初始木素濃度對(duì)小尺度木素顆粒的粒徑有顯著影響，在初始木素濃度低于80g/L 時(shí)，平均粒徑與初始木素濃度呈正相關(guān)。該法不受pH 和木素種類(lèi)的限制，具有廣泛的潛在應(yīng)用價(jià)值。

1.2.2 反溶劑法

Frangville 等[64]以 低 磺 化 木 素（indulin AT，IAT）為原料，通過(guò)兩種方式分別制得了具有不同性質(zhì)的小尺度木素顆粒。前一種方法是通過(guò)加入鹽酸溶液誘導(dǎo)溶于乙二醇溶液中的IAT聚集成小尺度木素顆粒，這種顆粒在pH為1～9時(shí)非常穩(wěn)定，與戊二醛交聯(lián)后，其穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提高。研究發(fā)現(xiàn)，鹽酸溶液的添加速率對(duì)木素顆粒的最終尺寸有顯著影響，與通過(guò)兩相直接混合獲得的顆粒相比，當(dāng)以2 滴/分鐘的速率加入鹽酸溶液時(shí)，木素顆粒的尺寸從320nm減小到120nm。后一種方法是通過(guò)加入硝酸溶液調(diào)整溶有IAT的氫氧化鈉溶液的pH，使IAT在酸性條件下沉淀形成小尺度木素顆粒，這種顆粒僅在pH 低于5 下穩(wěn)定。由于其低pH 穩(wěn)定性，有望成為合適的腸溶載體，用于遞送至胃腸道小腸部分的控釋藥物的開(kāi)發(fā)。

1.2.3 酶解法

Shikinaka 等[65]通過(guò)同步酶糖化和物理粉碎（simultaneous enzymatic saccharification and physical comminution，SESPC）方法獲得了納米木素顆粒。木片經(jīng)蒽醌堿煮后，加入纖維素酶、半纖維素酶和緩沖液（pH=5.0）采用珠磨法進(jìn)行物理粉碎，然后在50℃下酶糖化約3 天。獲得的納米木素是一種凝膠顆粒，具有高純度、高單分散性和低降解性、尺寸分布均勻并可溶解于極性有機(jī)溶劑。納米木素顆粒的大小與溶劑種類(lèi)有關(guān)。Tian 等[66]成功制備了尺寸小于100nm 的均勻納米木素顆粒。這些木素顆粒是以木質(zhì)纖維素基材[農(nóng)業(yè)剩余物玉米秸稈（corn stover，CS）、硬木楊樹(shù)（poplar， POP） 和 軟 木 松 木（lodgepole pine，LPP）]為原料，經(jīng)預(yù)蒸汽工藝處理，通過(guò)酶水解得到木素殘余物（CEL），再采用透析的方法制得的，其產(chǎn)率分別約為82%、91%和41%，平均粒徑分別為218nm、131nm 和104nm。通過(guò)2DHSQC NMR 譜圖對(duì)木素顆粒進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)，CS LNPs、POP LNPs、LPP LNPs 的β—O—4 鍵依次減少，LNPs 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨之增大，這與Liu 等[57]的研究結(jié)論一致。TEM 觀察到的結(jié)果表明，LNPs呈球形，在pH 為4～10 之間高度穩(wěn)定，顯示出在新興納米材料領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景。

1.2.4 綜合法

在小尺度木素顆粒的制備過(guò)程中，常采取多種方式相結(jié)合的制備方法。Alqahtani等[67]以有機(jī)溶劑木素為原料，以檸檬酸鈉作為穩(wěn)定劑和交聯(lián)劑，制備了可負(fù)載姜黃素的均勻球形小尺度木素顆粒。首先，將40mg 木素溶解在含有2mg 姜黃素的乙醇（70%）中形成醇相。隨后在超聲探針處理下，將醇相滴加到由0.1mol/L 檸檬酸鹽緩沖液（pH=5）組成的水相中。最后通過(guò)磁力攪拌加快乙醇蒸發(fā)，離心洗滌獲得已交聯(lián)改性的小尺度木素顆粒。木素上羥基的酯化導(dǎo)致交聯(lián)的形成，使得納米顆粒表面帶有更多負(fù)電荷，并促進(jìn)其在酸性介質(zhì)中形成不易降解的顆粒。LNPs 的平均粒度為(85.9±4.7)nm，在室溫下儲(chǔ)存90 天后平均半徑增加值≤10nm，具有良好的穩(wěn)定性。Si 等[68]報(bào)道了一種酸催化乙醇-水共溶劑體系的微波輔助一鍋法制備策略，用以同步快速制備LNPs 和碳量子點(diǎn)（CQDs）。首先將7g 風(fēng)干稻草粉末與70mL含鹽酸0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的乙醇-水溶液（體積比65∶35）混合。將混合物轉(zhuǎn)移至微波消解儀，在400W 下處理10min。加入10 倍體積的水，過(guò)濾得到膠體溶液。離心分離后，沉淀物為L(zhǎng)NPs，上清液為CQDs。在這種一鍋微波輔助策略中，酸解釋放單糖和有機(jī)酸，并同步溶解木素。溶解的木素通過(guò)基于π-π 相互作用的逐層自組裝形成LNPs 沉淀物，見(jiàn)圖6 步驟(a)。上清液中的木素以及單糖和有機(jī)酸通過(guò)脫水、聚合和縮合、芳構(gòu)化以及碳化合成CQDs，見(jiàn)圖6 步驟(b)。此法避免了費(fèi)時(shí)費(fèi)力的反應(yīng)物滴入過(guò)程和透析步驟，快速高效。

1.3 含溶劑小尺度木素微膠囊的制備

1.3.1 界面聚合/交聯(lián)法

界面聚合/交聯(lián)法的基本原理是將兩種帶不同活性基團(tuán)的單體或聚合物分別溶于兩種互不相溶的溶劑中，當(dāng)一種溶液分散到另一種溶液中時(shí)，在兩種溶液的界面上發(fā)生聚合/交聯(lián)反應(yīng)[69]。利用界面聚合/交聯(lián)法處理木素，既能得到實(shí)心顆粒，也可制備中空顆粒。Yiamsawas 等[70]通過(guò)反相微乳液界面聚合法成功制備了中空微膠囊。首先將木素磺酸鈉溶解在Milli-Q 水中產(chǎn)生分散相，然后將其與含有生物相容性表面活性劑聚甘油-聚蓖麻醇酸酯（PGPR）的環(huán)己烷混合。將預(yù)乳液在室溫下進(jìn)行超聲處理，產(chǎn)生穩(wěn)定的微乳液并滴入含有甲苯二異氰酸酯（TDI）的環(huán)己烷溶液，制得了直徑為150～200nm且穩(wěn)定性良好的中空木素顆粒，該顆?？杀黄崦噶呀猓捎行О庥H水性模型化合物磺酰羅丹明（SR101），有望實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物、肥料、殺蟲(chóng)劑等親水性物質(zhì)的有效包封。該課題組[71]進(jìn)一步制備了不同形貌的小尺度木素載體，通過(guò)甲基丙烯酸酯化硫酸鹽木素，隨后使其在微乳液中通過(guò)自由基聚合引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)，結(jié)合溶劑蒸發(fā)得到木素納米載體。這些小尺度木素載體包括固體顆粒、具有液體核（十六烷、植物油）和固體木素殼的核-殼結(jié)構(gòu)以及高度多孔的木素顆粒。所有小尺度木素載體都可在其內(nèi)部裝載疏水性物質(zhì)，其中核-殼結(jié)構(gòu)可以裝載大量脂質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)釋放行為取決于載體的形態(tài)，其中固體顆粒表現(xiàn)出最慢的釋放行為。這些小尺度木素載體可作為生物可降解藥物載體或碳化處理后作為吸附劑。

圖6 同步制備LNPs和CQDs機(jī)理［68］

圖7 界面微乳液交聯(lián)反應(yīng)制備木素基微膠囊［72］

Chen等[72]通過(guò)界面微乳液交聯(lián)成功制備了木素基pH 響應(yīng)微膠囊，見(jiàn)圖7。木素磺酸鹽首先通過(guò)醚化接枝烯丙基形成烯丙基改性木素磺酸鹽。然后將含有烯丙基改性木素磺酸鹽的水相（W）與配制好的含有硫醇基交聯(lián)劑三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯)的油相（O）混合，通過(guò)超聲波處理進(jìn)一步分散形成水包油（O/W）微乳液體系。烯丙基改性木素磺酸鹽與三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯)在微乳液液滴界面上通過(guò)界面交聯(lián)反應(yīng)即硫醇-烯自由基反應(yīng)形成微膠囊。粒徑范圍為100～400nm，可對(duì)加入到油相中的疏水性物質(zhì)（如香豆素-6）實(shí)現(xiàn)有效包覆。由于膠囊殼中存在酸不穩(wěn)定的β-硫代丙酸酯交聯(lián)，可在低pH 環(huán)境中誘導(dǎo)酸觸發(fā)的快速釋放。Nypel?等[73]以工業(yè)堿木素為原料，通過(guò)界面聚合/交聯(lián)法從水包油微乳液中制得了尺寸可控（90nm～1μm）的球形木素顆粒，這種顆粒可實(shí)現(xiàn)對(duì)銀納米粒子的負(fù)載。

1.3.2 綜合法

Tortora 等[74]綜合運(yùn)用界面聚合/交聯(lián)法和超聲波法成功合成了均勻球形的木素微膠囊（LMCs）。LMCs 通過(guò)高強(qiáng)度超聲波技術(shù)將油相和含有木素的水相進(jìn)行乳化，然后在水/油界面交聯(lián)木素官能團(tuán)獲得，平均粒徑為0.3～1.1μm。其中，橄欖油被用作生物相容性疏水核，交聯(lián)劑PEGDEG 的加入可提高LMCs 的穩(wěn)定性和包封能力，且可將LMCs濃度提高10 倍。H2O2的加入可提供更強(qiáng)的氧化條件。根據(jù)核磁共振分析可知，超聲波輻射涉及3個(gè)過(guò)程：羧基的引入、木素碎裂和木素交聯(lián)。其中，引入的羧基可增加木素的兩親性，促進(jìn)木素大分子在有機(jī)相中的緊密堆積，從而更易于形成微膠囊。

1.4 小尺度木素顆粒的物理化學(xué)特性比較

基于上文介紹的主要研究方法，表3總結(jié)了小尺度木素顆粒的主要制備工藝參數(shù)（溶劑、初始木素濃度、粒徑測(cè)定方法）及物理化學(xué)特性（粒徑、zeta 電位、pH穩(wěn)定性、PDI、產(chǎn)率、產(chǎn)物與原料的差異及優(yōu)缺點(diǎn)）。

表3 小尺度木素顆粒的主要制備工藝、參數(shù)及物理化學(xué)特性比較

續(xù)表3

從產(chǎn)物形態(tài)和制備方法上看，小尺度木素粉體產(chǎn)品主要采用反溶劑法、高剪切均質(zhì)法和超聲波法制備，小尺度木素膠體球主要采用自組裝法制備，小尺度木素微膠囊主要采用界面聚合/交聯(lián)法制備。此外，酶解法既可制備小尺度木素粉體產(chǎn)品，又可制備小尺度木素膠體球。從木素的溶劑選擇上看，自組裝法和反溶劑法大多以有機(jī)溶劑為主，而界面聚合/交聯(lián)法、高剪切均質(zhì)法和超聲波法則首先將木素溶解或分散在水中，變?yōu)榫G色。從小尺度木素顆粒粒徑的測(cè)試方法上看，動(dòng)態(tài)光散射為主要表征手段。

1.5 表征手段

不同表征手段對(duì)小尺度木素顆粒測(cè)試樣品往往有不同的要求，利用不同測(cè)試方法獲得的小尺度木素顆粒尺寸分布往往也有所不同。目前，小尺度木素顆粒的表征手段主要有動(dòng)態(tài)光散射（DLS）、靜態(tài)光散射（SLS）、透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）。此外，還采用小角X 射線(xiàn)散射（SAXS）和X 射線(xiàn)衍射（XRD）來(lái)研究小尺度木素顆粒的微晶尺度。

1.5.1 DLS

DLS作為較常規(guī)的表征方法，廣泛應(yīng)用于粒子粒徑的測(cè)量。該方法基于布朗運(yùn)動(dòng)通過(guò)斯托克斯-愛(ài)因斯坦方程，利用動(dòng)態(tài)光散射和自相關(guān)原理獲得粒子的尺寸分布及平均直徑。DLS無(wú)法直接對(duì)固體樣品進(jìn)行測(cè)定，需要將其以適當(dāng)濃度分散于溶液中。Juikar 等[48]通過(guò)使用配備有氦氖激光器（632.8nm），雪崩光電二極管檢測(cè)器的NicompTM380 ZLS 粒度分析儀在90°方向的散射強(qiáng)度上測(cè)量了小尺度木素顆粒的粒度分布，并使用90nm 尺寸的聚苯乙烯乳膠球進(jìn)行尺寸校準(zhǔn)。Gupta 等[38]使用Malvern Zetasizer nano series-Nano ZS 對(duì)小尺度木素顆粒進(jìn)行了流體動(dòng)力學(xué)尺寸分布表征。儀器配備了氦氖激光器（663nm），散射角為173°。在測(cè)定前，將待測(cè)樣品分散在蒸餾水中，濃度約為0.1g/L，并在超聲波浴中處理6min，以獲得分散良好的懸浮液。Mishra 等[45]的實(shí)驗(yàn)表明，與SEM 相比，DLS 測(cè)定的顆粒尺寸更接近理論值。

1.5.2 SLS

SLS與DLS不同，它不是測(cè)定散射光強(qiáng)隨時(shí)間起伏的動(dòng)態(tài)變化，而是測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)的平均散射光強(qiáng)，具有濃度依賴(lài)性和角度依賴(lài)性[75]。鄧永紅等[54]使用德國(guó)ALV 公司生產(chǎn)的配備LSE-7004 多τ數(shù)字相關(guān)器的ALV/CGS-3 緊湊型靜、動(dòng)態(tài)光散射儀對(duì)小尺度木素顆粒進(jìn)行了分析。檢測(cè)器前安裝了熒光過(guò)濾器和Glan-Thompson干涉器以減少熒光引起的誤差，并用BI-DNDC（DNDC-2010，WEG，德國(guó)）測(cè)得膠體球水溶液的折光率。通過(guò)DLS測(cè)得ACL 膠體球的流體動(dòng)力學(xué)半徑（Rh）約為(104.2±4.0)nm，通 過(guò)SLS 測(cè)得 其 回 轉(zhuǎn) 半 徑（Rg） 約 為81.59nm，形狀因子（Rg/Rh）為0.75～0.783，間接證明了其實(shí)心球形結(jié)構(gòu)。

1.5.3 TEM

TEM 常用于獲得小尺度樣品的形貌信息，同時(shí)也可借助分析軟件對(duì)樣品的尺寸信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。TEM 樣品制備方法多種多樣，對(duì)于小尺度木素顆粒來(lái)說(shuō)，通常采用支持膜法。Qian 等[53]使用HITACHI H-7650 透射電子顯微鏡以120kV 的加速電壓獲得小尺度木素膠體球的TEM 圖像。首先將稀釋的膠體球溶液滴加在由薄碳架支撐的銅網(wǎng)上，然后在25℃下干燥24h，制得TEM樣品。最后根據(jù)TEM圖像中100個(gè)相鄰球體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，獲得小尺度木素膠體球的平均粒徑。然而，TEM 樣品制備中的干燥過(guò)程可能會(huì)造成膠體球的收縮，導(dǎo)致尺寸測(cè)定的偏差。鄧永紅等[54]發(fā)現(xiàn)，通過(guò)DLS測(cè)定的小尺度木素膠體球的Rh為104.2nm，而經(jīng)TEM觀察的膠體球半徑為74nm。Shikinaka 等[65]也發(fā)現(xiàn)，用DLS 測(cè)得的粒度約為用TEM 測(cè)量的粒度的兩倍。但TEM 無(wú)法直接對(duì)液體樣品進(jìn)行表征，同時(shí)對(duì)于制樣要求較高。

1.5.4 SEM

與TEM 類(lèi)似，也有研究者通過(guò)SEM 對(duì)小尺度木素顆粒進(jìn)行粒度分析。Nair等[41]利用掃描電子顯微鏡（LEO 1530 SEM，Carl Zeiss NTS，Peabody，MA，USA）在15kV下研究了小尺度木素顆粒的形態(tài)及尺寸。首先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的木質(zhì)素懸浮液滴在光滑的鋁載物臺(tái)上并干燥，然后用金濺射涂覆以提供足夠的導(dǎo)電性。最后用Gwyddion 軟件對(duì)SEM 圖像進(jìn)行分析，獲得小尺度木素顆粒的尺寸分布。由SEM 測(cè)定的尺寸分布與TEM 測(cè)定的尺寸分布相吻合[39]。

1.5.5 SAXS

SAXS是電子在原光束附近很小的角度（2°～5°）內(nèi)對(duì)X射線(xiàn)的相干散射現(xiàn)象，是一種用來(lái)探測(cè)從若干納米到幾百納米尺度范圍內(nèi)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)有力實(shí)驗(yàn)手段[76-77]，可以獲得亞微粒子（或孔）的形狀、尺度或質(zhì)量信息[78]。作為一種無(wú)損檢測(cè)方法，與TEM相比，可獲得更準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)平均信息且制樣簡(jiǎn)單[79-80]。近年來(lái)，SAXS 理論方法不斷得到豐富而且在材料的制備、表征研究領(lǐng)域取得了很大的研究 進(jìn)展[79]。Salentinig 等[56]利用Bruker Nanostar 對(duì)小尺度木素顆粒進(jìn)行了SAXS分析。使用高貝爾反射鏡（G?bel mirror）將發(fā)散多色X 光光束轉(zhuǎn)換成單色銅Kα輻射（λ=0.154nm）的聚焦光束，光束截面直徑為0.3mm。樣品到檢測(cè)器的距離為107.5cm。2D SAXS 圖通過(guò)VNTEC-2000 檢測(cè)器獲得，有效面積為14cm×14cm，像素大小為68μm×68μm。工作電壓為50kV，工作電流為600μA。通過(guò)測(cè)定玻璃碳的透射率對(duì)溶劑的透射率進(jìn)行校準(zhǔn)。研究表明，其制備的亞微米級(jí)小尺度木素顆粒由約6nm 的近似橢球形亞單元組成，這與許多學(xué)者的發(fā)現(xiàn)相吻合[29,81]。該方法克服了小尺度木素顆粒產(chǎn)品狀態(tài)的限制，為小尺度木素顆粒的表征提供了獨(dú)特的分析視角。

1.5.6 XRD

相較于SAXS，XRD 已成熟應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。Juikar 等[48]使用Philips?PW 1710 X 射線(xiàn)衍射儀在X射線(xiàn)波長(zhǎng)為0.154nm 處、2θ為5°～80°范圍內(nèi)獲得了X射線(xiàn)衍射圖，并通過(guò)自動(dòng)粉末衍射（APD）軟件進(jìn)行分析。利用謝爾樂(lè)公式計(jì)算，得到了小尺度木素顆粒的平均微晶尺寸。XRD 對(duì)于樣品的制備及樣品量有一定的要求，且無(wú)法對(duì)液體樣品進(jìn)行表征。

2 小尺度木素顆粒的應(yīng)用

2.1 紫外線(xiàn)防護(hù)

與原始木素相比，小尺度木素具有更優(yōu)異的抗菌、抗紫外線(xiàn)能力。Qian 等[82-85]對(duì)木素作為天然高分子防曬劑進(jìn)行了研究，該課題組[86]通過(guò)自組裝法制備了不同尺寸和結(jié)構(gòu)的木素膠體球。然后與純護(hù)膚霜混合用以開(kāi)發(fā)高防曬系數(shù)的天然廣譜防曬劑。球形木素的防曬性能優(yōu)于原始木素，且與膠體球的大小成反比。酚羥基在木素的防曬中起主要作用，具有更多酚羥基的有機(jī)溶劑木素（OL）納米球防曬性能更好。由于木素和化學(xué)防曬劑之間的協(xié)同效應(yīng)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%UVA 和2%UVB 化學(xué)防曬劑，可將含有10%中等尺寸OL 膠體球的防曬霜防曬系數(shù)從10.69提高到47.71，具有高紫外線(xiàn)防護(hù)性能。Wang 等[87]也進(jìn)行了相關(guān)研究。將小尺度木素顆粒應(yīng)用于防曬產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，有望提高化學(xué)防曬產(chǎn)品的安全性[88]。

Yearla 等[89]通過(guò)反溶劑法將二氧六環(huán)木素（DL）和堿木素（AL）分別制成了平均尺寸為80～104nm的二氧六環(huán)木素納米顆粒（DLNP）和堿木素納米顆粒（ALNP）。DPPH 自由基清除活性分析顯示，DLNP和ALNP分別比它們的母體聚合物DL和AL具有更高的抗氧化活性。通過(guò)監(jiān)測(cè)紫外線(xiàn)照射下大腸桿菌存活率的提高，對(duì)化合物DL、AL、DLNP和ALNP在不同濃度、不同時(shí)間下的紫外線(xiàn)防護(hù)活性進(jìn)行評(píng)估。發(fā)現(xiàn)用紫外光照射大腸桿菌5min，它們的存活率隨著測(cè)試化合物濃度的增加而提高。當(dāng)分別加入150μg AL、ALNP時(shí)，大腸桿菌的存活率分別為67%、97%，ALNP的紫外線(xiàn)防護(hù)活性比其母體聚合物AL提高了30%。此外，AL、ALNP比DL、DLNP具有更高的紫外線(xiàn)防護(hù)潛力。Mishra等[45]借助幾乎無(wú)紫外吸收的PDADMAC水溶液，在石英載玻片上分別沉積了6層小尺度木素顆粒，觀察到其紫外線(xiàn)吸光度隨層數(shù)增加呈現(xiàn)明顯的線(xiàn)性增加。

2.2 復(fù)合材料

由于納米木素的獨(dú)特性質(zhì)，在新型生物基納米復(fù)合材料的制備和開(kāi)發(fā)方面具備巨大潛力。Gupta等[90]通過(guò)反溶劑法制備了納米木素顆粒，然后采用熔融擠出和微注射成型技術(shù)制備了生物聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（bio-PTT）雜化納米復(fù)合材料，其中LNP 和氣相生長(zhǎng)碳纖維（VGCF）作為增強(qiáng)劑，并確定了LNP的最佳摻量。力學(xué)結(jié)果顯示，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%LNP、7%VGCF 的bio-PTT 雜化納米復(fù)合材料，其拉伸強(qiáng)度、拉伸模量和沖擊強(qiáng)度分別提高了約20%、12%和47%。進(jìn)一步研究表明，納米復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和熱性能以及生物降解特性，適用于多種最終用途。Jiang等[91-92]通過(guò)自組裝技術(shù)制得了木素-PDADMAC復(fù)合體（LPCs），并將LPCs 與橡膠混合制備了天然橡膠/木素納米復(fù)合材料（NR/LPCs）。研究表明，LPCs均勻分布在NR基體中，加速了NR/LPCs的硫化，增強(qiáng)了NR/LPCs的力學(xué)性能以及熱性能等，有望替代部分炭黑。

Rahman 等[39]將制得的LNPs 作為納米填料分散在環(huán)氧樹(shù)脂基體中形成環(huán)氧納米復(fù)合涂層，用于碳鋼的防腐保護(hù)。通過(guò)沖擊、鉛筆劃痕硬度和劃格法附著力測(cè)試對(duì)涂層的物理力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)添加LNPs 的環(huán)氧涂層具有更好的沖擊強(qiáng)度和耐磨損性，且與金屬基材黏合良好。接觸角測(cè)試表明，LNPs 可進(jìn)一步增強(qiáng)涂層的疏水性。由Tafel 外推法獲得的數(shù)據(jù)顯示，與普通環(huán)氧涂層相比，納米復(fù)合環(huán)氧涂層具有更高的腐蝕電位和更低的腐蝕電流密度，電化學(xué)阻抗譜圖表明，納米復(fù)合涂層的阻抗值比普通環(huán)氧樹(shù)脂（約104Ω）涂層高2～3倍。防腐蝕性能的增強(qiáng)歸因于LNPs，它填充了環(huán)氧涂層的孔隙和空腔，并作為一種強(qiáng)屏障抑制腐蝕離子在金屬-涂層界面的滲透。此外，由于多種官能團(tuán)的存在，使LNPs 在沖擊試驗(yàn)期間消耗瞬時(shí)能量從而提高了涂層塑性，并增強(qiáng)了納米復(fù)合涂層對(duì)金屬的黏附力。

Yang 等[93]將質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的木素納米顆?；旌系骄廴樗幔≒LA）、甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）接枝的PLA（g-PLA）中，成功制備了聚乳酸/木素納米顆粒薄膜，并對(duì)熱、光學(xué)、力學(xué)性能以及形貌進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，含有木素納米顆粒的納米復(fù)合材料相對(duì)于PLA 和g-PLA 總體上表現(xiàn)出更好的紫外線(xiàn)防護(hù)性能、拉伸強(qiáng)度和良好的分散性。Yang等[93]評(píng)估了其在食品包裝領(lǐng)域的適用性，優(yōu)化了加工納米復(fù)合材料的方法，并為L(zhǎng)NP 增強(qiáng)生物塑料基納米復(fù)合材料的工業(yè)制造和實(shí)際應(yīng)用提供了新的參考。Farooq等[94]將小尺度木素顆粒與纖維素納米纖維混合，利用加壓過(guò)濾方式制備了納米復(fù)合薄膜。拉伸試驗(yàn)顯示，在加入充當(dāng)潤(rùn)滑劑和應(yīng)力轉(zhuǎn)移劑的木素顆粒后，薄膜的力學(xué)性能得到了顯著改善。在最佳摻量下，薄膜的拉伸強(qiáng)度可達(dá)160MPa，斷裂應(yīng)變值可提高到16%，韌性可提高近兩倍。同時(shí)，加入小尺度木素顆粒的薄膜顯示出了良好的防水性，紫外線(xiàn)屏蔽以及持久的自由基清除活性，為綠色生物基納米復(fù)合材料在食品包裝、水凈化和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了新的機(jī)遇。

2.3 藥物運(yùn)輸載體

Li等[95]采用木素磺酸鈉（SL）和十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）通過(guò)自組裝法制備了均勻的膠體球（SL-CTAB）。SL-CTAB 表現(xiàn)出可逆的聚集行為，可包封光敏農(nóng)藥阿維菌素（AVM）形成AVM載藥微球，并顯示出高水平的載藥和包封效率。通過(guò)對(duì)AVM 的控釋和抗光裂解性能的研究發(fā)現(xiàn)，微球（AVM@SL-CTAB） 的封裝效率值約達(dá)63%。AVM@SL-CTAB的釋放過(guò)程可以通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜SLCTAB 的比例來(lái)控制。紫外線(xiàn)照射下，AVM 在AVM@SL-CTAB 中的半衰期（DT50）可延長(zhǎng)7.35倍。Deng等[96]制備了中空木素偶氮膠體球，用于包封AVM。120h 后包封的AVM 總釋放量可達(dá)84%，且釋放仍在繼續(xù)。紫外線(xiàn)照射72h 后，包封AVM的木素偶氮膠體球分解率仍低于41%，顯示出良好的紫外線(xiàn)阻斷和控制釋放能力。Chen 等[62]制備的LNPs 可包封各種水溶性或水不溶性藥物，如微水溶性抗菌藥物加替沙星（GFLX）、水溶性抗腫瘤藥物鹽酸阿霉素（DOXHCl）以及水不溶性阿霉素（DOX）。最高包封率可達(dá)90%，具有持續(xù)的藥物釋放能力和生物相容性，且采用的溶劑pTsONa 易于回收利用，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)性。此外，包封DOX 的LNPs 與游離DOX 具有同等的抗腫瘤作用，但包封DOX 的LNPs 在生理鹽水中幾乎不釋放DOX，因此有望消除體內(nèi)游離DOX的副作用。

Alqahtani 等[67]將制備的LNPs 應(yīng)用于親脂性藥物姜黃素的口服遞送，姜黃素的包封率高達(dá)92.4%。將包封有姜黃素的LNPs 在模擬胃液（SGF）和腸液（SIF）中進(jìn)行體外釋放研究，發(fā)現(xiàn)LNPs 能夠延緩姜黃素在酸性介質(zhì)中的釋放。釋放機(jī)制遵循Peppas 動(dòng)力學(xué)模型，說(shuō)明有機(jī)溶劑木素的疏水性是控制藥物釋放速率的關(guān)鍵因素。選取與小腸細(xì)胞形態(tài)特征及表達(dá)相似的Caco-2 細(xì)胞系作為模擬腸細(xì)胞的模型對(duì)其進(jìn)行體外評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)裝載姜黃素的LNPs 無(wú)細(xì)胞毒性。與游離姜黃素相比，其姜黃素腸滲透性顯著增強(qiáng)，可有效提高口服姜黃素的生物利用率。藥代動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)顯示，由于納米木素顆粒中姜黃素的持續(xù)釋放，血藥濃度最大值較姜黃素混懸液增加了9倍，口服生物利用率增加了5.7 倍，藥物滯留時(shí)間和半衰期明顯延長(zhǎng)。Sipponen 等[97]也進(jìn)行了相關(guān)研究。Tortora 等[74]利用超聲驅(qū)動(dòng)木素組裝成微膠囊，利用顯微分析和生物相容性分析研究了LMCs 與中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢（CHO）細(xì)胞系的相互作用。實(shí)驗(yàn)證明LMCs無(wú)細(xì)胞毒性且易于摻入CHO 細(xì)胞，為其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供了有力證據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

小尺度木素顆粒作為一種新興材料，由于其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在許多領(lǐng)域都表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，引起了眾多科研人員的關(guān)注。目前對(duì)于小尺度木素顆粒的制備和應(yīng)用研究方興未艾，仍有許多亟待解決的問(wèn)題。

在化學(xué)法制備小尺度木素顆粒的過(guò)程中，大多會(huì)使用對(duì)環(huán)境有不利影響的有機(jī)溶劑，如何減少有害溶劑的使用并積極尋求其替代品是推動(dòng)小尺度木素顆粒研究進(jìn)一步發(fā)展的重要基礎(chǔ)。機(jī)械法相對(duì)化學(xué)法更加綠色環(huán)保，但其顆粒形狀的多變性和尺寸的高多分散性仍需持續(xù)優(yōu)化。酶法相對(duì)溫和的處理?xiàng)l件使其在小尺度木素顆粒的制備上占有一定的優(yōu)勢(shì)，但其制備工藝相對(duì)繁瑣。此外，目前小尺度木素顆粒的制備基本不具備成本效益，如何降低制備成本并在不影響性能的情況下提高得率也是當(dāng)前需要面對(duì)的問(wèn)題。

在紫外線(xiàn)防護(hù)方面，如何提高小尺度木素顆粒在紫外線(xiàn)輻射下的光穩(wěn)定性是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題。在復(fù)合材料制備方面，由于其復(fù)雜的制備技術(shù)和嚴(yán)格的制備條件，目前尚未有與之相關(guān)的中試報(bào)道，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化道阻且躋。在藥物運(yùn)輸載體方面，目前對(duì)于體外和體內(nèi)評(píng)估研究較少，僅有有限的細(xì)胞毒性評(píng)估報(bào)告。小尺度木素顆粒制劑在制藥工業(yè)中的臨床轉(zhuǎn)化將是未來(lái)的主要挑戰(zhàn)。