細菌纖維素面貼膜對營養(yǎng)物的吸收及釋放行為研究

聶英，陳春濤，朱春林，孫東平

(化學生物學與功能材料研究所 南京理工大學 化工學院，江蘇 南京 210094)

面貼膜是以賦型物(合成或天然片狀纖維物)為基底，吸附各種功能性營養(yǎng)物質(zhì)，直接敷于皮膚表面，起集中護理和清潔作用的產(chǎn)品。上個世紀90 年代，研究人員開始研究棉纖維作為面貼膜基材的可行性，并取得了大量的研究成果［1-2］。細菌纖維素(BC)是由D-吡喃葡萄糖以β-1，4-糖苷鍵連接而形成的直鏈多糖。與動、植物纖維相比，BC 具有更多的優(yōu)異性能，如纖維直徑為10 ～100 nm［3］;親水性極強，能吸收比自身干重大60 ～700 倍的水分。因此，BC 在許多領(lǐng)域都有很高的應用價值，特別在醫(yī)藥方面，對于受損皮膚，BC 是一種良好的醫(yī)藥載體，原因如下:第一，其能向患處輸送治療藥物的同時隔絕患處與外界的接觸，防止傷口感染;第二，由于較高的保濕作用，BC 能保證患處的濕潤，易于患者康復［4］。另外，BC 也可以作為人工皮膚，誘導受損上皮細胞修復，Lin Y K 等［5］通過物理破壞，制備微孔BC 凝膠，隨后修飾上細胞外基質(zhì)(膠原蛋白、彈性蛋白和透明質(zhì)酸)和生長因子等來提高凝膠的生物適應性及生物可降解性，制得了理想的皮膚替代物。

不難看出，BC 滿足應用于美容行業(yè)的條件:第一，BC 具有優(yōu)良的保水保濕性能，能保持皮膚的濕潤;第二，BC 在將藥物(包括護膚及美容的有效物質(zhì))輸送到皮膚的同時，能抑制皮膚感染。若以BC為面貼膜，膜在保持皮膚濕潤的同時更能促進有效物質(zhì)的輸送。

目前，國內(nèi)外對于化妝品的透皮吸收研究則非常有限，分散于各種文獻資料［6-7］。而護膚品中營養(yǎng)成分只有被吸收才能發(fā)揮功效［8］。因此，只有建立在透皮吸收的基礎(chǔ)上，功效性成分的開發(fā)和應用才有意義。

此文旨在利用BC 為護膚物質(zhì)的載體，研究其制備的面貼膜的功效性。將BC 制備的面貼膜與市售的面貼膜材料(棉纖維、蠶絲)的各種性能進行對比，利用藥學理論，研究營養(yǎng)物質(zhì)的吸收情況，為產(chǎn)品的有效性提供科學的數(shù)據(jù)依據(jù)，同時也優(yōu)化產(chǎn)品性能。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

尿囊素、維生素E 等營養(yǎng)液配方組成均為分析純;異丙醇，色譜純;BC 薄膜，自制;0.22 mm 棉纖維及0.12 mm 蠶絲薄膜，市售;小型豬豬皮用剃須刀刮去毛發(fā)，手術(shù)刀除去皮膚脂肪，用生理鹽水清洗干凈，冷凍保存。

安捷倫1200 高效液相色譜儀;TP-6 智能透皮儀。

1.2 面貼膜的制備

將膜材浸于5 mL 實驗室新鮮制備的含有0.1%尿囊素及0.2%的維生素E 醋酸酯的水包油乳液中，充分吸收營養(yǎng)液至飽和。乳液配方列于表1 中，乳液的制備方法參考Allef 等［9］。制得乳液呈白色，于顯微鏡下觀察:乳液為粒徑在3 ～10 μm的圓形顆粒。

表1 水包油乳液配方Table 1 Formula of O/W emulsion

1.3 BC 及棉纖維、蠶絲對營養(yǎng)物質(zhì)吸附能力的測定

將膜材置于乳液中，測定吸附的營養(yǎng)物質(zhì)含量，具體方法如下:

取2 cm ×2 cm 的待測膜片若干片，充分浸入乳液中5 d，剪碎超聲提取其中營養(yǎng)物質(zhì)，測定膜材料對營養(yǎng)物質(zhì)的吸附量。每個樣品重復測定5 次，結(jié)果列于圖1 中。

1.4 BC 及棉纖維、蠶絲的控制釋放研究

本實驗分別采用尿囊素(親水性抗炎物質(zhì))及維生素E 醋酸酯(疏水性抗氧化物質(zhì))兩種小分子為模型營養(yǎng)物質(zhì)，考察3 種不同材質(zhì)對該兩種物質(zhì)的控制釋放行為。同時，優(yōu)化BC 膜片的厚度，即研究不同厚度的BC 膜片對模型營養(yǎng)物質(zhì)的控制釋放情況，并進行比較，選出釋放效果最好的BC 膜片。在此實驗中，考察的BC 厚度依次有0. 5，1，1. 5，2.0，2.5 mm 等。

透皮實驗具體操作如下:豬皮置于接收池與供給池中間(有效透皮面積S =2.49 cm2)，表皮層朝供給室方向，用鑷子固定后，將吸附乳液的材質(zhì)膜緊貼于皮膚表皮層。另外，接收池的接收液選擇:測定尿囊素透皮量時，以去離子水為接收液;測定維生素E 醋酸酯時，以異丙醇為接收液。透皮條件:水浴溫度37 ℃，接收池轉(zhuǎn)速250 rad/min，供給室處于開放狀態(tài)。

1.4.1 BC 對尿囊素的透皮實驗方法分別取面積為2.48 cm2圓形BC 濕膜8 片，分別浸泡于5 mL 實驗室新鮮制備的含有0.1%尿囊素及0.2%維生素E 醋酸酯的乳液中5 d，待其充分吸收精華液至吸附平衡后，用于透皮釋放實驗。分別對每片膜設定一定的透皮時間(如5，10，15，20，25，30，35，40 min)，每片膜僅測一個時間，透皮完畢后取下。對皮膚處理如下:利用去離子水除去皮膚表面的尿囊素，將皮膚剪碎浸于去離子水中，超聲提取真皮及表皮的尿囊素，用高效液相法分析輸送到皮膚的尿囊素含量。上述實驗重復5 次，取平均值。對膜材輸送到皮膚的營養(yǎng)物的量與時間關(guān)系作圖，得到材質(zhì)控制釋放曲線。

BC 對維生素E 醋酸酯的透皮實驗方法同上，只需將超聲用溶劑用異丙醇代替。

棉纖維、蠶絲等控制營養(yǎng)物質(zhì)釋放實驗方法同BC 的實驗方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 BC 及棉纖維、蠶絲吸附營養(yǎng)物質(zhì)能力的比較

圖1 為棉纖維、蠶絲及不同厚度的BC 膜對兩種營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力研究結(jié)果。

圖1 3 種不同材質(zhì)載營養(yǎng)物的測定結(jié)果Fig.1 The results of carrier amount of nutrients for three different materials

由圖1 可知，BC 對2 種物質(zhì)的吸附量隨膜厚度的增加而增加，且對親水性小分子尿囊素而言，這種增幅更明顯，而對疏水性小分子維生素E 醋酸酯的增幅較小。

上述結(jié)果與BC 及乳液的結(jié)構(gòu)有關(guān):乳液中，尿囊素溶于水為連續(xù)相，維生素E 醋酸酯則形成油狀顆粒(粒徑為5 ～10 μm)，而BC 為有致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的親水性高分子(見圖2)，對連續(xù)相具有親和作用，使之可以不斷的擴散進入膜材中，因此膜厚度越大，吸收量增幅越大;反之，油狀顆粒的孔徑較大，在吸附過程中受到BC 孔徑的物理阻礙而使吸收被部分抑制，且膜厚度越大，纖維層層重疊，抑制作用越明顯，吸收量的增加幅度越小。

同時與棉纖維及蠶絲相比，除0.5 mm 薄膜的對尿囊素的吸收量較小外，其它厚度的BC 膜的吸收量均略高，最高的2.5 mm 薄膜(79.85 ±3.50)μg/cm2的吸收量約為棉纖維的1.35 倍，蠶絲的1.39 倍;而對維生素E 醋酸酯的吸收量明顯較小，吸收量最大的2.5 mm 薄膜(35.98 ±1.70)μg/cm2的吸收量約為棉纖維的55%，蠶絲的67%。結(jié)果表明，BC 對親水性小分子的吸附能力要強于其它2 種材質(zhì)，而對疏水性小分子的能力較弱。

圖2 3 種膜材料的微觀結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The SEM micrographs of CC (a)，NS (b)，BC membrane (c)and the optical microscope of emulsion (d)

2.2 BC 及棉纖維、蠶絲的控制釋放研究

BC 及棉纖維、蠶絲的控制釋放研究見圖3。

由圖3 可知，棉纖維及蠶絲對營養(yǎng)物質(zhì)的釋放速度較快，在15 min 時對2 種營養(yǎng)物質(zhì)的釋放量已達到最大值，而BC 對營養(yǎng)物質(zhì)的釋放因膜厚度而異?？傮w而言，BC 膜越厚，對營養(yǎng)物質(zhì)的最大釋放量越大，達到平衡的時間也越長。說明膜越厚，對營養(yǎng)物質(zhì)的釋放速度越慢?？赡茉蚴荁C 的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得物質(zhì)的釋放過程中需要經(jīng)過的路徑較長，且膜越厚，路徑越長，使得物質(zhì)的釋放越緩慢，此推斷與黃琳等［10］研究結(jié)果一致。同時，膜厚度大于1.5 mm 的BC 膜的輸送速度慢，在短時間內(nèi)輸送累計量小，但是根據(jù)釋放曲線趨勢可知，如果透皮實驗時間繼續(xù)延長，膜會繼續(xù)輸送營養(yǎng)物質(zhì)進入皮膚，此依據(jù)來源于Trovatti 等［11］的研究結(jié)果。

圖3 3 種膜材料對尿囊素及維生素E 醋酸酯的控制釋放曲線Fig.3 Allantoin(a)and tocopherol acetate (b)control released profiles from three different films

各膜材的最大釋放量結(jié)果見圖4。

圖4 膜材傳遞到皮膚的營養(yǎng)物質(zhì)的最大釋放累計量Fig.4 The highest cumulative amount of nutrients delivered onto skin

由圖4 可知，在實驗時間內(nèi)，棉纖維對營養(yǎng)物質(zhì)的最大釋放量要高于蠶絲的釋放量，而膜厚度大于1.0 mm 的BC 薄膜對營養(yǎng)物質(zhì)的最大釋放量均高于其它兩種材質(zhì)，且1.5 mm 薄膜的釋放量最大，對尿囊素的最大釋放量約為棉纖維的2 倍，對維生素E 醋酸酯的最大釋放量約為棉纖維的1.5 倍。

就實際應用而言，在恰當?shù)臅r間內(nèi)，如20 ～30 min，1.0 ～1.5 mm 厚的BC 膜輸送的營養(yǎng)物質(zhì)明顯比其它膜多。因此，1.0 ～1.5 mm BC 膜更適合于制備面貼膜，且其產(chǎn)品效果比其它兩種材質(zhì)更優(yōu)。

3 結(jié)論

BC 膜與其它兩種商業(yè)可用的材質(zhì)(棉纖維，蠶絲)相比，當以尿囊素及維生素E 醋酸酯為模型營養(yǎng)物時，BC 膜對親水性小分子的吸附能力普遍較高，而對疏水性小分子的吸附能力普遍較低;就膜材料對物質(zhì)的輸送性能而言，1.0 ～1.5 mm 的BC 膜在20 ～30 min 內(nèi)的傳遞效果最好，即采用同一營養(yǎng)乳液配方，該厚度的BC 膜制備的面貼膜產(chǎn)品能將更多的營養(yǎng)物質(zhì)輸送到皮膚，功效性更好。因此，在面貼膜制備方面，BC 膜是一種優(yōu)良的備選材料。

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