硅基精油緩控釋體系材料的研究進展*

張翠亞，高艷蓉，唐文強，丁芳芳，韓小娟

（1.陜西國際商貿(mào)學(xué)院 醫(yī)藥學(xué)院，陜西 西安 712046；2.陜西省中藥綠色制造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西 西安 712046）

精油已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、美容等行業(yè)，但由于其穩(wěn)定性較差、易揮發(fā)氧化等而使應(yīng)用受到一定的限制，所以近些年對其緩控釋的研究成為熱點[1]。

微膠囊技術(shù)作為研究較多的技術(shù)，一般指將芯材用壁材包裹起來，以達到增加芯材穩(wěn)定性和實現(xiàn)芯材緩釋的效果[2-4]。隨著研究的進步，微膠囊的粒徑從最初的1～1000μm發(fā)展到了1～1000nm（又稱“納膠囊”）[5]。以聚合物為壁材的精油膠囊研究較多[6]，但其主要是利用壁材在機械作用下發(fā)生破裂而進行香氣釋放的，香氣釋放可控性小。相比于聚合物，無機物不僅具有較好的光學(xué)、熱學(xué)、光電及催化性能，還具有良好的機械穩(wěn)定性能、規(guī)則的形貌結(jié)構(gòu)和較好的分散性[7]。因此，將無機材料作為精油緩控釋的載體的研究也逐漸成為熱點。

SiO2作為一種常用的無機載體材料，密度低、機械穩(wěn)定性高、無毒害、具有良好的生物相容性、價廉、資源豐富，在結(jié)構(gòu)及性能方面具有顯著優(yōu)勢，被普遍地應(yīng)用于工業(yè)分離、吸附、細胞內(nèi)源性物質(zhì)控制釋放等領(lǐng)域[8]。近些年，學(xué)者也嘗試著將其應(yīng)用在精油緩控釋方面，本文就針對SiO2材料在精油緩控釋方面的研究做以綜述，以期為該體系的進一步研究提供參考。

1 基于未改性SiO2的體系材料

1.1 一步法制備體系材料

一步法是指在SiO2形成過程中，直接加入精油物質(zhì)，在油水界面上硅烷前軀體（一般為正硅酸乙酯）水解縮合為SiO2壁材而將精油包裹其中，形成O/W多孔微球結(jié)構(gòu)微膠囊。材料緩釋通道為壁材上的多孔結(jié)構(gòu)，材料粒徑一般為納米級。

多名學(xué)者[9-11]以十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為致孔劑和乳化劑，TEOS和香精為混合油相，NH3·H2O催化使TEOS溶膠-凝膠反應(yīng)形成介孔SiO2殼乳液，對乳液冷凍干燥制得了呈球狀“殼-核”結(jié)構(gòu)的SiO2包覆精油納膠囊固體材料。其中，黃崇杏等[9]所得SiO2抗菌納膠囊在實施方案中，粒徑控制在200～400nm，粒徑越小緩釋性能越好，200nm的納膠囊緩釋時長為15d左右，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率可達99%以上。黨秀潔[10]所得SiO2-肉桂醛納膠囊固體尺寸540～760nm，壁材40nm，肉桂醛包覆率最大為58.33%，對大腸桿菌和李斯特菌有很好的抑菌性，23℃下15d釋放率為74.46%。高凡[11]制得了介孔硅-茶樹精油的抑菌緩釋材料，此法對比于同期實驗的多步法，操作簡單、周期短，但負載率相對較低，最高12%，60℃下8h釋放率最低20%。

鄧凌云[5]在以上方法中加入了正十六烷助乳劑，加熱乳化反應(yīng)，得薰衣草精油納膠囊。最優(yōu)材料粒徑約60nm，薰衣草包覆率58.7%，室溫15d釋放率僅19.6%。對比[9-11]學(xué)者研究，結(jié)果證明助乳劑有利于減小粒徑，從而改善材料緩釋性能。

1.2 多步法制備體系材料

多步法是指以已制好的SiO2材料為基礎(chǔ)，在其上進行精油的裝載。此法相對于一步法更為繁瑣，但可制得多種形貌的SiO2材料，材料可適用于多種精油，同時體系也可不只局限于微膠囊形式。

較多的學(xué)者將SiO2制備為中空多孔結(jié)構(gòu)，體系仍采用微膠囊形式，緩釋通道仍為壁材上的多孔。鄧凌云[5]以聚苯乙烯（PS）乳液為自模板、TEOS為前軀體、CTAB為致孔劑，溶膠凝膠法制得中空介孔SiO2顆粒。材料對檸檬精油的裝載量可達85.8%，室溫6d釋放率僅7.9%。王婧昕[12]將同法制得的材料通過浸漬法裝載上茉莉花精油。用此微膠囊處理的絲織物，暴露35d的精油含量下降值約18.15%，摩擦與水洗后的精油保有量仍較高。Xue等[13]改用PS納米球為硬模板，用此法制得中空介孔SiO2顆粒。結(jié)果顯示，通過調(diào)節(jié)CTAB用量及PS粒徑，可調(diào)節(jié)材料形貌及孔徑大小。將殼層厚度33nm、直徑200nm、孔徑4.2nm、比表面積1694.94m2·g-1的材料負載上檸檬精油，紫外-可見分光光度計測得其香精負載率為85.8%。

2 基于改性SiO2的體系材料

SiO2富有Si-OH基團，易于被羧基、氨基或巰基等基團修飾改性而活化[14]。修飾不僅使其親疏水性、酸堿性、水熱性等發(fā)生改變，且加入的基團可賦予其許多新功能，以適應(yīng)不同載體分子智能化控釋的需求。

近些年，學(xué)者對刺激響應(yīng)型的SiO2材料在藥物遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了大量的研究[15]。此材料是將SiO2用多種基團表面修飾，以使其能精確識別且靶向給藥。修飾物在目標位置可對多種刺激（如pH、酶、溫度、光、磁性、氧化還原物質(zhì)等）產(chǎn)生響應(yīng)，進而使藥物被激發(fā)脫落，從而實現(xiàn)藥物的靶向傳輸及可控釋放[16]。近些年，也有少數(shù)學(xué)者嘗試將其應(yīng)用于精油的響應(yīng)性控釋的場合。

2.1 非刺激響應(yīng)型

一部分學(xué)者選擇在制備SiO2的同時加入修飾劑，方法則更多地使用溶膠凝膠法。另一部分學(xué)者則選擇先制備SiO2材料，之后采用后移植法加入改性劑。

劉敏[17]將TEOS、CTAB、硅烷偶聯(lián)劑甲基三甲氧基硅烷（MTMS）與薰衣草香精混合，一步制得有機改性SiO2包覆薰衣草香精的納膠囊粉末。材料的精油裝載量為5.43%，處理墻紙的緩釋時間可達3個月以上（GC-MS結(jié)果）、90d后仍有一定香氣（人工感官評價）。Fan等[18]精油的加入則采用的是多步法，以Pluronic F127為模板，通過界面縮合法制得了殼聚糖包覆SiO2的雙殼結(jié)構(gòu)納膠囊，用于香蘭素緩釋。材料香蘭素包覆率最高達95.5%，雙殼結(jié)構(gòu)使材料的熱穩(wěn)定性得到提高。Jobdeedamrong等[19]將二癸基二甲基氯化銨（DDAC）、十六烷基三甲基氯化銨（CTMA-Cl）水溶液與TEOS、十六烷和精油的混合油相混合，一步法制得SiO2包覆精油的納膠囊微乳液。而后，在（3-氨基丙基）-三乙氧基硅烷對其表面進行了氨基官能化的基礎(chǔ)上，接枝氧化透明質(zhì)酸，進一步對精油實現(xiàn)可控釋放。高凡[11]采用多步法，在TEOS和CTAB的NH3·H2O體系中，加入氨基硅烷偶聯(lián)劑（APTES），通過共縮聚法制得了氨基化介孔SiO2。一方面，用帶負電荷羧基的聚丙烯酸（PAA）與氨基化介孔硅生成酰胺鍵，從而對材料進行化學(xué)接枝改性。改性材料呈六方形，茶樹精油負載率56%。PAA分子鏈具有物理封閉效應(yīng)，可在避免形體坍塌的同時，提高對后期負載的茶樹精油的緩釋能力，增加了茶樹精油的抑菌性能；另外一方面，通過化學(xué)接枝與物理修飾兩種方法，將具有殺菌作用的松香酸鈉（RA-Na）對氨基化介孔SiO2進行改性。改性材料呈六邊形棒狀結(jié)構(gòu)，對后期負載的茶樹精油的負載率最高可達69%，化學(xué)接枝的方法制得的材料可智能控制精油的釋放速率的同時，增加了其抑菌性能。以上的改性研究，均表明改性劑的加入可有效提高精油緩釋性能。

魏坤等[20]向CTAB的NaOH水溶液中加入TEOS加熱反應(yīng)6h，將沉淀酸洗得介孔SiO2。將多種植物精油超聲浸漬在其孔道中，同時滴入葡聚糖季銨鹽水溶液。介孔SiO2表面帶負電的硅羥基與帶正電荷的葡聚糖季銨鹽可在水溶液中通過正負電荷復(fù)配，從而達到使高分子聚合物纏繞在其表面的目的，不僅提高了精油的穩(wěn)定性，也提高了其水溶性，該材料驅(qū)蚊效果持久。周新華等[21]采用多步法，在模板劑的NH3·H2O溶液中逐滴加入TEOS反應(yīng)得SiO2沉淀，煅燒沉淀得介孔SiO2。將吸附抑菌性植物精油的SiO2水溶液滴入陽離子型聚合物（優(yōu)選氨基陽離子聚合物）中，聚合物靜電包覆于其表面，得負載精油的改性多孔SiO2材料。結(jié)果表明，具有抗菌性能的氨基陽離子聚合物，在降低精油釋放速率的同時，與植物精油協(xié)同抑菌。黃劍煒等[22]以酒石酸銨為模板、TEOS為硅源，通過原位自組裝法制得了中空SiO2納米管。結(jié)果表明，將精油存儲于兩端為開孔狀態(tài)的中空納米管內(nèi)，可將精油氣體緩慢釋放，且有效降低外界光、熱、氧等對精油的影響。用硅烷偶聯(lián)劑對納米管表面進行高效修飾，以便進一步加工成型。以含丙烯基官能團聚合物作為交聯(lián)劑對改性納米管進行紫外照射從而進行交聯(lián)處理，以使粉末材料成型為固體塊狀材料，增強了其使用性。以上研究表明，有特定作用的修飾劑可有效賦予材料新的性能。

2.2 刺激響應(yīng)型

程雅君[23]采用后移植法+多步法，使用溶膠-凝膠法制備介孔納米SiO2，將光敏異氰酸丙基三乙氧基硅烷-偶氮苯接枝于其介孔孔壁后，對桂花香精進行包覆，制得了SiO2香精膠囊。材料比表面積621.53m2·g-1，粒徑400nm，孔徑為5.73nm，香精負載量17.04%。將其應(yīng)用于皮革加香，光照和黑暗條件下，桂花香精釋放率分別為91.10%和65.12%，可顯著改善皮革自身氣味，該研究為該行業(yè)的加香技術(shù)提供了新的參考，具有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。

3 結(jié)語

本文分別對以未改性及改性SiO2為基礎(chǔ)的精油緩控釋體系進行了歸納總結(jié)，其中精油的加入方法有一步法及多步法，改性劑的加入有同步加入法和后移植法兩種。

為了更好地實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，筆者認為基于SiO2的精油緩控釋體系材料的研究將趨于以下3個方向：

（1）制備方法優(yōu)化 探索新工藝，做到操作簡單、周期短、成本低。

（2）材料性能優(yōu)化 從形貌、表面改性等多方入手，進一步提高材料整體性能，尤其是緩釋性能，如包覆率、緩釋時長、足夠廣的適用領(lǐng)域。

（3）可進一步嘗試響應(yīng)型體系的制備，做到體系對精油的可控釋放，拓展其在更多場合的應(yīng)用。