纳 米 微 胶 囊
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日期： 2014年9月28日
纳 米 微 胶 囊
扁蓿豆
摘 要：随着微胶囊技术的发展，纳米微胶囊技术受到越来越多的关注，本文对纳米微胶囊的定义、与传统微胶囊相比的优点以及最新制备方法进行了介绍，并综述了近年来纳米微胶囊技术的应用研究进展，同时探讨了纳米微胶囊技术在各领域中的研究现状及以后的研究趋势。关键词：纳米微胶囊；制备方法；应用研究
Abstract:With the development of microcapsule technology, nanocapsule technology has received more attention. The definition,characteristic and preparation methods of nanocapsule compared with traditional microcapsule are introduced in this paper, and the new research progress of nanocapsule technology applications in different fields in recent years are reviewed. In addition, current studies and future applications of nanocapsule technology in these fields are explored.
Key words: nanocapsule, preparation method, application and research
1 引言
微胶囊技术是指将固体颗粒、液体微滴或气体作为胶囊的芯料，在其外部形成一层连续而极薄包裹的过程。其制备技术起源于20世纪50年代，在70年代中期得到迅猛发展，在此期间出现了许多微胶囊化产品和工艺[1]。微胶囊具有保护芯材物质免受环境影响，屏蔽味道、颜、气味，改变物质重量、体积、状态或表面性能，隔离活性成分，降低挥发性和毒性, 控制芯材物质的可持续释放等多种作用，目前该技术已经成为材料、化学、化工、生物和医学等诸多学科领域工作者的研究热点，已被广泛应用于生物医学、食品、农药、化妆品、金属切割、涂料、油墨、添加剂等多个领域，因其具有广阔的应用前景，国际上将它列为21世纪重点研究开发高新技术之一[2]。 伴随着微胶囊技术的迅速发展，有学者在20世纪70年代末提出了“纳米微胶囊技术”这一概念。纳米微胶囊(nanocapsule)，即具有纳米尺寸的微胶囊，其颗粒微小，易于分散和悬浮在水中，形成均一稳定的胶体溶液，并且具有良好的靶向性和缓释作用[3]空调挡风板。纳米微胶囊的粒径在1～1000nm之间，这是区别一般微胶囊(粒径介于5～2000µm之间)的最重要的指标之一。近年来，随着对纳米微胶囊的进一步认识，一些特殊的光、电、热、磁及表面性能等领域研究特别活跃，纳米胶囊已发展成一个跨学科、高性能、多用途的研究及应用领域。
本文主要介绍了纳米微胶囊定义和与传统微胶囊相比的优点，着重阐述了有关纳米微胶囊的最新制备方法，包括细乳液聚合法、逐层自组装法、超临界流体技术，并对纳米微胶囊在食品中的应用前景及发展趋势做了展望。
2概述
2.1纳米微胶囊的定义
微胶囊技术（microencapsulation）是指利用天然的或者是合成的高分子包裹材料，将固体的、液体的甚至是气体的囊核物质包覆形成的一种直径在5～2000µm范围内，具有半透性或密封囊膜的微型胶囊技术。纳米微胶囊技术是指利用纳米复合、纳米乳化和纳米构造等技术在纳米尺度范围内（1～1000nm）对囊核物质进行包裹形成微型胶囊的新型技术[4]。其中，被包裹的物质成为微胶囊的芯材，用来包裹的物质称为微胶囊的壁材。纳米微胶囊是一种多相功能材料，由于其颗粒微小，易于分散和悬浮在水中形成均一稳定的胶体溶液，外观上清澈透明，并且与传统微胶囊相比具有良好的靶向性和缓释作用，因而具有广阔的应用前景。
2.2纳米微胶囊的优点
纳米微胶囊的粒径大小处于纳米尺度，是影响其功能特性的一个重要因素。纳米粒子的吸收能够有效地提高功能食品中的营养成分的生物利用率，特别是一些溶解度较低的物质，如功能性油脂、天然抗氧化剂等。传统的微胶囊壁材主要包括天然高分子材料(如蛋白质类、植物胶类、蜡类、海藻酸盐类和壳聚糖类等)、半合成高分子材料(如纤维素类)和合成高分子材料(如生物降解型、非生物降解型、水溶性和智能高分子材料等)三大类。传统微胶囊壁材在实际运用中存在一些问题，如天然高分子材料机械强度差，质量不稳定；半合成高分子材料容易水解，耐酸性差且不耐高温；而合成高分子材料具有一定的毒性，且成本较高。纳米微胶囊主要优点表现在：壁材不同于普通壁材，可防止外界环境中的水、pH、氧气等对芯材的影响，提高芯材的稳定性；保留易挥发的物质，减少香味成分的损失，掩蔽不良风味的释放；有效减少生物活性成分的添加量和毒副作用[2-3]。纳米粒子尺寸的减小，能增加活性物质对组织的附着力，提高其生物利用率；纳米粒子还能透过毛细血管，穿过粘膜上皮层渗透进入到组织（如肝脏）中，并被组织中的细胞吸收，从而将生物活性物质有效地输送到体内的靶细胞处，使芯材对靶细胞具有精确的靶向性；纳米粒子尺寸大小不仅影响到最终食品产品的性质，如口感、香味、质地和外观，也决定了载体中生物活性物质的释放速率，并关系到最终被人体吸收的生物活性物质的数量，从而影响活
性物质的总体吸收效率。如蛋白水凝胶微粒和微米级微粒中的生物活性成分，要想被胃肠道壁吸收必须从机体中释放出来，而纳米微粒中的生物活性成分可以被胃肠道壁吸收从而延长活性成分在胃肠道内的滞留时间，或可以被上皮细胞直接吸收，提高活性成分的吸收率[5]。纳米粒子还可制成缓释颗粒，延长药物疗效。纳米微胶囊与传统微胶囊的比较如表1所示[6]。
表1 纳米微胶囊与传统微胶囊的比较
类别 | 传统微胶囊 | zssi 纳米微胶囊 |
胶囊粒径大小 | 粒径大小5～2000um，分散于 水中为悬浊液 | 粒径大小1～1000nm，易分散于水中形成透明的胶体溶液 裹尸袋 |
壁材选择 | 壁材广泛，常用的是天然高 分子化合物、合成高分子化 合物及半合成的纤维素衍生 类三大类 | 主要为可生物降解的聚合物，如：聚氰基丙烯基烷基酯、聚乳酸和聚己内酯、明胶、阿拉伯胶、壳聚糖等 |
功能特性 | 具有一定的缓释作用，为长 效制剂 | 具有良好的靶向性和缓释作用 |
制备方法 | 麻元友主要分为物理法、化学法和 物理化学法三大类 | 主要采用乳液聚合法、界面聚合法、逐层自组装法、超临界流体技术、脂质体技术等 |
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电压跟随器电路图3纳米微胶囊的最新制备方法及应用
3.1超临界流体技术
3.1.1背景
在超临界流体中，超临界CO2由于其低临界温度和无毒而受到广泛应用。超临界CO2是指处于临界压力和临界温度以上状态的一种可压缩高密度CO2流体，超临界CO2的分子间力很小，类似于气体，而密度却很大，接近于液体,是一种气液共混状态。它具有低黏度、高溶剂性、高扩散性以及高传质性等优点[7]。运用超临界CO2制备纳米微胶囊可以减少有机溶剂的使用，所得产品粒径小，分布范围窄，适用于处理热敏性物质。
3.1.2分类及原理
超临界流体技术制备微胶囊的方法中，有两种应用非常广泛：超临界溶液快速膨胀法（Rapid Expansion of Supercritical Solution，RESS）和超临界抗溶剂法（Supercritical Antisolvent，SAS）。
超临界溶液快速膨胀法主要过程是先将溶质溶于超临界流体中达到饱和，再通过预热喷嘴进入低压室中，由于压力突然降低，溶质迅速达到饱和并以极小颗粒析出。由于压力变化在流体中是瞬时实现的，所以得到的超细颗粒粒径分布均匀[8]。但由于极性物质和大部分聚合物往往不溶于超临界CO2中，大大地限制了超临界溶液快速膨胀法的应用范围，这使得更多的研究转向了超临界抗溶剂法[9]。超临界抗溶剂法主要原理是超临界流体改变了溶质在有机溶剂中的溶解度，在二者接触后发生快速的相互扩散和传质过程，使有机溶剂对溶质的溶解能力下降，瞬间产生过饱和状态，最终溶质沉淀形成微胶囊。所以超临界抗溶剂法应用于纳米微胶囊的制备，需要满足两个条件：第一，溶质微溶或不溶于超临界CO2；第二，有机溶剂在超临界CO2中的溶解度较大，能被超临界CO2溶胀并萃取带走[10]。
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