刺激響應型玉米醇溶蛋白基納米顆粒的制備及其應用研究進展

王 偉，崔 妍，鄭明珠，劉美宏，劉回民,*

（1.吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院，吉林長春 130118；2.小麥和玉米深加工國家工程實驗室，吉林長春 130118）

納米技術是一個新興的科學領域，已廣泛應用于農業(yè)，醫(yī)藥和食品等領域[1]。納米顆粒是粒徑在10～1000 nm 范圍內的顆粒狀分散體或固體顆粒[2]。近年來，以蛋白質、多糖、脂質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材料的納米顆粒遞送系統(tǒng)在食品和醫(yī)藥領域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢[3]。許多動物蛋白（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遞送方面表現(xiàn)出許多優(yōu)點，例如：制備方式簡單、顆粒粒徑較小以及對生物活性物質有相當大的保護作用。然而，傳統(tǒng)的納米顆粒往往不具備刺激響應的能力，而動物體內真實的環(huán)境相對復雜，無刺激響應的納米顆粒在進入動物體內后，不能迅速地響應體內外的刺激增強納米顆粒和目標生物之間的作用，很難實現(xiàn)生物活性物質的精準、靈敏釋放。

近年來，刺激響應型納米顆粒的研究取得了巨大的成功。刺激響應型納米顆粒通過改變自身結構或狀態(tài)調控其物理化學性質，從而展現(xiàn)出pH、酶、氧化還原等刺激響應的功能特性。玉米醇溶蛋白是玉米中的主要儲藏蛋白，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[4]。基于其獨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建成納米顆粒，進而對生物活性物質進行荷載和輸送[5]。本文主要介紹玉米醇溶蛋白組成以及理化性質，并總結中空/實心玉米醇溶蛋白基納米顆粒的制備方法，及其作為刺激響應型載體包封遞送生物活性物質的研究進展，旨在為玉米醇溶蛋白在食品、醫(yī)學和農業(yè)領域的應用提供參考。

1 玉米醇溶蛋白概述

1.1 玉米醇溶蛋白的組成和性質

玉米醇溶蛋白是玉米中的主要貯藏蛋白質[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其結構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，許多學者對α-玉米醇溶蛋白的結構進行大量研究，并提出了幾種不同的α-玉米醇溶蛋白的分子結構模型（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α-玉米醇溶蛋白從單個分子自組裝成納米顆粒的過程。

圖1 α-玉米醇溶蛋白的3D 結構圖Fig.1 3D structure of α-zein

表1 α-玉米醇溶蛋白的分子結構模型Table 1 Molecular structure model of α-zein

玉米醇溶蛋白具有獨特的溶解性和自組裝能力。其等電點在pH5.6～6.4 之間，可溶于60%～95%的乙醇水溶液或者強堿溶液（pH=12）[4]。這種溶解行為與其氨基酸組成和序列密切相關。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]。這種氨基酸組成導致其水溶性差和營養(yǎng)價值偏低[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用價值，可以用于藥物傳遞、食品添加劑和功能性材料等領域。

1.2 玉米醇溶蛋白納米顆粒

在開發(fā)納米顆粒時，必須考慮基礎材料的成本，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，已被美國藥物管理局批準為安全原料[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更好（平均疏水性為1263 cal/mol），可作為食品級涂層原料。

玉米醇溶蛋白具備自組裝納米顆粒的能力，但在水性環(huán)境中易聚集且對環(huán)境刺激響應不敏感。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（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]?；谟衩状既艿鞍转毺氐淖越M裝特性，可構建多種玉米醇溶蛋白基納米顆粒的制備方法，本文將重點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)學和農業(yè)領域的應用提供了堅實基礎。

2 刺激響應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。下文將對刺激響應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)缺點進行詳細介紹。

表2 刺激響應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，儲存1 個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，更有利于細胞吸收[21]。目前，反溶劑沉淀法廣泛應用在制藥、農業(yè)和化妝品行業(yè)。該方法操作簡單，可實現(xiàn)疏水性活性物質的包封遞送。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溶劑，由于人們對無酒精食品的渴望和去除有機溶劑的巨大成本，該方法在食品的應用不是很廣泛。因此，需要一種環(huán)境友好、低能耗和無有機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 從中性調節(jié)至極堿后再調回中性。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]等復合納米顆粒。pH 驅動過程具有環(huán)保、節(jié)能、無有機溶劑等優(yōu)點[24]。其中，玉米醇溶蛋白-茶皂苷復合納米顆粒在pH 為5.0～8.0、離子強度為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-羥甲基纖維素復合納米顆粒也具有良好的熱穩(wěn)定性[27]。其他研究獲得負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)法驅動能夠以安全、簡單的方式制造納米顆粒且成本低、無需使用有機溶劑。未來，它可能成為功能性食品行業(yè)推廣應用的有效方案。

2.3 靜電逐層自組裝法

靜電逐層自組裝是利用兩個或多個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?，可對玉米醇溶蛋白表面進行修飾，改變其光學和電學性質，從而更好地運用在材料、生命科學等多學科研究領域。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食品的保質期的復合物。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)呈線性關系。同時，一些研究報道組裝液的溫度、pH 和離子強度等因素會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，且組裝過程檢測對儀器要求高，使其應用受到限制。因此，如何調控納米顆粒的組成結構，提高納米顆粒的穩(wěn)定性以及降低檢測成本是靜電逐層自組裝技術需解決的難題。

2.4 新興的方法

除上述的制備方法外，噴霧干燥法和化學法同樣適用于實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；而化學法涉及大量的化學試劑可能會產生毒副作用。因此，考慮到納米顆粒的安全性和穩(wěn)定性，一些新興技術如：微流控、電噴霧、大氣冷等離子體輔助法等逐步被應用到納米顆粒的制備。微流控是一種將高壓效應與高速沖擊和流體動力空化相結合以破壞物體結構的技術[33]。在微流化過程中，待均質化的流體被分成多個高速微流，微流之間相互碰撞產生能量，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構穩(wěn)定的納米顆粒，而微流控在高沖擊能量下產生均一的顆粒，可減少由表面活性劑引入食品而造成的安全風險。因此，微流控技術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，廣泛應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單示意圖如圖2B 所示。顆粒表面改性主要由三階段構成，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鍵，致使共價鍵斷裂；空氣中各種活性基團與共價鍵相互作用導致顆粒表面改性。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°，并且機械強度也顯著增加。目前，大氣冷等離子體技術在應用到玉米醇溶蛋白表面改性的報道很少，后續(xù)需要更多的研究來闡述作用機制。

電噴霧技術技術是一種可以制備負載生物活性物質和治療藥物的納米顆粒的新型技術。電噴霧裝置簡單示意圖如圖2C 所示。其原理是高壓在整個液滴中產生靜電力，與液滴表面張力競爭，產生“泰勒”錐形態(tài)，這是帶電液滴的特征；當電壓達到臨界值，帶電顆粒內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的可擴展性、可重復性、低成本等潛在需求。Rostamabadi 等[37]通過電噴霧技術將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。電噴霧技術被開發(fā)出了多種噴射模式，可同時生產粒徑不同的納米顆粒。但其成本極高且結果缺乏可重復性，主要原因是納米顆粒在制造過程中受到電壓、噴涂距離、進料速率等多種關鍵因素的影響。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，使其更好地應用到食品和醫(yī)藥領域。

2.5 犧牲模板法

犧牲模板法由于模板本身作為反應物參與殼材料的構造過程，不需要進行模板去除工作，被廣泛用于制備中空納米結構材料[39]。犧牲模板可直接決定所制備的中空結構的形狀和尺寸，并最終完全消耗[40]。該方法操作簡單，將玉米醇溶蛋白的醇溶液與模板分散液混合反應一段時間后，向混合體系加入大量反溶劑[41]。反應過程涉及兩階段：a.由于玉米醇溶蛋白的獨特溶解性，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迅速溶解擴散出去，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-殼聚糖復合納米顆粒，其包封的藏紅花素展現(xiàn)出更強的抗氧化活性。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心玉米醇溶蛋白顆粒大。這一結果可能與模板的類型、用量以及介質的pH 有關[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構均勻可控是未來研究應探索的問題。

3 刺激響應型玉米醇溶蛋白基納米顆粒的響應類型

生物活性物質的釋放可以在響應刺激（內源性刺激和外源性刺激）時實現(xiàn)。內源性刺激包括動物細胞內的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)機體內的生物化學反應會影響內源性刺激的變化，而外源性刺激不受機體生理、病理等因素影響[59]。刺激響應型聚合物體系的基本原理在于，一個特定的刺激可以改變納米復合材料的結構組成/構象，從而促進負載的活性物質被釋放到特定的環(huán)境[60]。與人工合成的聚合物相比，天然生物聚合物在應用于刺激響應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 展示不同刺激響應類型的玉米醇溶蛋白基納米顆粒。下文將對不同響應類型的玉米醇溶蛋白基納米顆粒的理化特性、負載能力和響應能力進行詳細介紹。

圖3 不同刺激響應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 內源性刺激響應的玉米醇溶蛋白基納米顆粒

3.1.1 pH 響應的玉米醇溶蛋白基納米顆粒 人體內各個部位及細胞區(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，還存在于細胞內不同區(qū)室之間，例如溶酶體（pH=4.5～5）和細胞質（pH=7.4）[59]。pH 響應性通常是通過嵌入納米顆?；|中的特定化學基團的存在來實現(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中可有效地抑制辣椒素的釋放[62]。此外，Anirudhan 等[63]合成一種負載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胞環(huán)境（pH=7.4），納米顆粒中的活性物質在肝癌細胞環(huán)境（pH=5.5）釋放速率更快。

3.1.2 酶響應的玉米醇溶蛋白基納米顆粒 酶刺激響應納米顆粒是一種具有特殊響應性的納米顆粒，其響應能力是通過酶的活性來觸發(fā)的。酶刺激響應納米顆粒的設計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胞或組織中。當納米顆粒與特定的酶相互作用時，酶的活性可以觸發(fā)納米顆粒的結構改變或分解，從而釋放藥物。Luo 等[64]制備負載α-生育酚的玉米醇溶蛋白-殼聚糖復合物。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刺激釋放檸檬烯和香芹酚，降低了植物毒素對人類健康產生的影響[65]。Aytac 等[66]構建一種由含有游離的天然抗菌劑的酶刺激響應顆粒。納米顆粒被微生物分泌的酶激活時，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 氧化還原響應的玉米醇溶蛋白基納米顆粒氧化還原刺激響應的納米顆粒是一類能夠對氧化還原環(huán)境變化做出響應的納米顆粒材料。這些納米顆粒具有特殊的結構和組成，使其能夠在不同氧化還原環(huán)境下發(fā)生電荷轉移、電子傳導或電子釋放等反應。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玉米醇溶蛋白納米顆粒表面多酚涂層的生物降解，進而導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連接，制備負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建的氧化還原敏感納米顆粒在抗癌藥物靶向遞送領域具有非常好的應用前景。

3.2 外源性刺激響應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的生物活性物質控釋系統(tǒng)，具有更精確的遠程調控能力，廣泛應用于醫(yī)藥領域。納米顆?？赏ㄟ^控制外界刺激源的開關以及功率實現(xiàn)生物活性物質釋放的開關以及釋放速率的控制。因此，本節(jié)主要是對光和磁場響應的玉米醇溶蛋白基納米顆粒進行總結。

3.2.1 光響應的玉米醇溶蛋白基納米顆粒 納米載體受光刺激產生反應的類型大致分為以下3 種[70]：a.由于光轉化為熱，材料發(fā)生相變，從而產生反應；b.由于材料見光分解，從而產生反應；c.由于光照，材料的空間幾何結構發(fā)生改變，從而產生反應。Mahlumba等[71]合成一種經過偶氮染料修飾的玉米醇溶蛋白光響應納米顆粒。在紫外光照射下，納米顆粒結構發(fā)生異構化導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胞癌的體外光動力學治療[72]。此外，一項研究構建金沉積玉米醇溶蛋白納米顆粒，可應用于癌癥的光熱治療[73]。研究結果表明，納米顆粒在25 μg 治療劑量和5 min 的激光照射下，對癌細胞具有高效殺傷力。

3.2.2 磁響應的玉米醇溶蛋白基納米顆粒 在磁場的作用下，金屬、超順次性氧化物等材料的形態(tài)和性質會發(fā)生變化[74]。利用這些材料獨特的性質，許多研究制備出具有磁響應性能的智能納米粒子，并且這些納米顆粒在外加磁場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，將對乙酰氨基酚作為模型藥物進行包封。結果表明，磁鐵礦納米顆粒在沒有磁場作用下運行時，它會形成屏障阻止藥物通過薄膜，但在外加磁場的作用下，它可以打開藥物擴散通道，并且可以通過改變磁場強度，進而精準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作用下特異性吸附軟飲料中的阿斯巴甜，快速輕松地測定測試樣品中的阿斯巴甜含量[76]。

3.3 多重響應的玉米醇溶蛋白基納米顆粒

由于人體是一個較為復雜的生理環(huán)境，僅依靠單一刺激響應很難實現(xiàn)活性物質的作用最大化。為了解決這一難題，將兩個或兩個以上的敏感因素引入到納米顆粒中，構建出多重刺激響應的納米顆粒，從而實現(xiàn)納米顆粒包封物質的更高活性和釋放率。目前，多重刺激響應的納米顆粒已成為遞送領域的新發(fā)展趨勢。表3 展示了不同材料與玉米醇溶蛋白復合后形成多重響應納米顆粒的性質及其響應能力。玉米醇溶蛋白基納米顆粒能夠對多種生物活性物質進行包封，且可以對環(huán)境中的多個刺激作出響應，展現(xiàn)出玉米醇溶蛋白基納米顆粒作為多重響應載體的巨大潛力。然而，由于多重響應型納米顆粒的刺激響應特性，導致納米顆粒的設計更加復雜，納米顆粒的表征手段更加困難。因此，多重響應型納米顆粒是否會表現(xiàn)出更加優(yōu)異的響應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/小分子復合后納米顆粒的性質及其多重響應能力Table 3 Properties of nanoparticles after complexation of zein and macro/small molecules and their multiple responsiveness

4 刺激響應型玉米醇溶蛋白基納米顆粒的應用

4.1 食品智能納米包裝材料的應用

隨著納米技術的不斷進步，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、時間-溫度指示型和氣體指示型[82]。食品智能包裝具有獨特的優(yōu)勢，不但可以控制食品中微生物、食源性病原體數(shù)量，還可以對系統(tǒng)中溫度、濕度或氧氣水平的變化迅速作出反應。玉米醇溶蛋白基納米顆粒逐漸已納米傳感器的形式應用到智能食品包裝系統(tǒng)，來控制食品的質量和安全。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，姜黃素的負載使薄膜更加智能，薄膜的顏色會隨環(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層，以結冷膠-黑米提取物為內層感應層，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用前景，可以提高食品的安全性、品質檢測、和信息傳遞等方面的功能。

4.2 農業(yè)生產領域的應用

近年來，納米技術為可持續(xù)農業(yè)的發(fā)展作出了巨大貢獻。納米技術可以用于改善農作物的生長和產量、優(yōu)化農業(yè)生產過程、提高農產品的質量和安全性等方面。目前，玉米醇溶蛋白基材料在納米農藥系統(tǒng)的研究中取得了巨大進展，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刺激做出反應，釋放農藥并殺死目標生物。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，負載阿維菌素得到納米農藥，此納米顆粒具有在堿性或酶條件下控釋、光穩(wěn)定性強、殺蟲效果顯著等優(yōu)點。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合獲得多重響應的納米農藥顆粒。該納米農藥顆粒顯著提高農藥利用率，且對環(huán)境友好，可通過調節(jié)單體比例和pH 響應智能控制農藥釋放，具有較高的工業(yè)化前景?？傊?，玉米醇溶蛋白納米載體在農業(yè)生產領域具有廣闊的應用前景。通過將玉米醇溶蛋白與納米載體結合，可以提高農藥和肥料的穩(wěn)定性和效果，減少農業(yè)生產中的資源浪費和環(huán)境污染。然而，目前對于玉米醇溶蛋白納米載體的研究還比較有限，需要進一步深入研究其制備方法、性質和應用效果，以實現(xiàn)其在農業(yè)生產中的廣泛應用。

4.3 納米醫(yī)學領域中的應用

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特的自組裝特性而引起了制藥和生物醫(yī)學領域的廣泛關注，且作為納米載體應用于控釋藥物的研究取得了巨大進展。Zhu等[87]合成負載吲哚美辛的沸石型咪唑鹽骨架-8-琥珀酰化玉米醇溶蛋白納米顆粒，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建的多重響應納米顆粒在藥物遞送領域也具有非常好的應用前景。然而，目前玉米醇溶蛋白納米顆粒在醫(yī)學領域的研究還處于初級階段，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調控還需要進一步優(yōu)化和探索，以實現(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一步研究和評估。

5 結論與展望

刺激響應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。通過與其他材料復合，可以構建具有酶、光、pH、溫度等刺激響應功能的玉米醇溶蛋白基納米載體系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以應用于對環(huán)境因素較敏感的生物活性物質的包封荷載中。相比傳統(tǒng)的納米顆粒，刺激響應玉米醇溶蛋白基納米顆粒能最大限度地實現(xiàn)生物活性物質的控制釋放，并提高生物活性物質的利用率和穩(wěn)定性。

基于玉米醇溶蛋白構建的刺激響應納米載體在食品智能包裝、醫(yī)學和農業(yè)領域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。但是，刺激響應納米載體在農藥領域的研究還處于基礎階段，距離商業(yè)化還有一定距離。因此，要實現(xiàn)刺激響應納米顆粒的商業(yè)化應用，必須進一步明確納米農藥的理化性質、環(huán)境因素和生物效應之間的相互關系，并對其進行進一步改進和研究。在未來的研究中，刺激響應玉米醇溶蛋白基納米材料應用于食品包裝和制藥產業(yè)之前應開展毒理學實驗，評估其對人體健康影響的程度。此外，更多的研究應該投入到多刺激（雙重刺激、三重刺激等）響應納米顆粒的研發(fā)，以及如何將納米顆粒的多重響應特性和納米顆粒的靶向遞送進行結合還有待進一步探索。

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