微流控法可控制备具有致密脂质晶体壳的热响应核壳微胶囊-北京永康乐业科技发展有限公司

研究背景

传统乳液的局限性：乳液广泛用于食品和化妆品行业以递送活性物质，但其由两亲性乳化剂或大分子颗粒形成的界面膜结构往往是不连续的，导致活性物质易泄漏，且对紫外线和氧气等环境压力的抵抗力较差。
现有改进方案的不足：虽然双乳液或聚电解质多层膜可以提供额外保护，但前者存在储存稳定性差（如液滴聚合、奥斯瓦尔德熟化）的问题，而后者对pH值和离子强度高度敏感，限制了实际应用。
传统微胶囊的弊端：传统的基于多糖或蛋白质的水凝胶胶微胶囊在储存期间仍会发生溶质扩散，且难以实现活性物质的受控、响应式释放。

鉴于此，江南大学杨成教授联合中国海洋大学刘春环副教授团队利用微流控技术开发了一种核壳结构微胶囊，将液态油核封装在脂质晶体壳层内。该方法实现了活性物质的稳定封装和热敏释放。研究确立了流速与壳层厚度之间的定量关系，通过简单调节流速即可实现壳层厚度的精准调控。

随后，研究人员系统性探讨了壳层厚度、流速和壳层脂质组成对封装性能的影响。通过偏光显微镜（PLM）和 X 射线衍射（XRD），进一步探讨了壳层脂质晶体性质对封装效率的影响机制。此外，还评估了脂质壳层抗氧化降解的保护能力，并验证了其热敏释放行为。最后，通过封装典型食品活性成分的实例，证实了该策略在功能食品和药妆领域的应用潜力。相关研究以“Controllable fabrication of thermo-responsive core-shell microcapsules with dense lipid crystal shells via microfluidics”为题目，发表在期刊《Innovative Food Science & Emerging Technologies》上。

本文要点：

1. 创新制备技术

微流控平台：研究人员使用自制的玻璃毛细管微流控芯片，通过流动聚焦（Flow-focusing）精确控制液滴形成。
结构可控：调节中间油相与内油相的流速比，可以精确控制微胶囊的壳厚度和核尺寸。研究建立了两者的线性关联模型，为根据实际需求定制微胶囊规格提供了可靠依据。

2. 优化的材料组成

壳层材料：选择了天然脂质和蜡（棕榈仁硬脂 PKS 和蜂蜡 BW）作为相变材料，利用其在常温下呈固态的特性实现长期封装。
最佳配方：研究发现 95% PKS + 5% BW的组合为最佳壳层材料。蜂蜡的加入能填充晶体间的空隙，使壳层结构更加致密。

3. 卓越的保护与封装性能

高装载率：对辅酶Q10 (CoQ10) 的封装效率达到 57%，负载能力为 72.62%。
强效保护：脂质壳形成了物理屏障。实验显示，在6小时紫外线照射下，β-胡萝卜素的保留率达 44%；在7天氧化压力下，保留率仍达 88.02%，远高于普通乳液和油凝胶。
长期稳定性：在4°C和25°C下储存28天，活性物质的泄漏率均低于5%。

4. 智能热响应释放

温度触发：微胶囊的熔点被设计在接近人体温度的 36 °C左右。
受控释放：当温度升高至36 °C时，脂质壳会迅速熔化并破裂，瞬间释放出包裹的液体油核及其中的活性成分。

5. 安全性与应用前景

生物相容性：细胞毒性实验显示其对皮肤细胞（HaCat, NIH-3T3）和肠道细胞（Caco-2, NCM-460）的存活率均大于 85%。HET-CAM测试也证实其无刺激性。
多领域应用：该技术在功能性食品（如生物活性成分递送）和化妆品（如皮肤涂抹释放）领域具有广阔的应用潜力。

图1. (a) 玻璃毛细管微流控芯片的实物图和显微图像。(b) 利用微流控芯片制备微胶囊的示意图。(c) 微胶囊的显微图像。(d) 尺寸比与流速比之间的关系曲线。

研究人员使用自制的玻璃毛细管微流控芯片（图 1a）制备微胶囊。该装置由三个功能区组成：内油相通过进样毛细管注入，熔融态固体脂质通过左侧方管供给，PVA 水溶液则经由右侧方管输送（图 1b）。在接收毛细管中，利用流体动力聚焦（hydrodynamic focusing）作用，三相不互溶流体形成同轴流型并发生断裂/破碎，从而产生均匀的水包油（O/W）型乳液液滴。在乳液模板中，熔融脂质相自发包覆液态油核，形成核壳结构前驱体。随后，通过控温收集浴对乳液进行冷却，脂质固化后即可获得结构规整的微胶囊。

通过将中间相流速调节在 3000 至 4500 μL/h 之间，可以实现对壳层厚度的精确调控（图 1c）。研究建立了中间相与内相流速比（X = Q_m/Q_i）与最终壳核尺寸比（Y = D_shell/D_core）之间的线性相关模型（Y = 0.1504X - 0.3747，R²= 0.9493）（图 1d）。这一定量分析为通过调节流速参数来按需定制微胶囊尺寸提供了可靠的预测模型。例如，在 3500 μL/h 的流速下，能够精确制备出壳层厚度为 36 μm 的微胶囊。

图2. 在不同中间相流速比下制备的微胶囊的 (a) 封装效率和 (b) 载药率。

图3. 不同壳成分的胶囊壳的 (a) 示意图、(b) 实物图和 (c) 持油力。

图4. (a) 不同成分胶囊壳样品的结晶形貌和 (b) XRD 分析；(c) 不同壳成分制备的微胶囊的封装效率。*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001。

图5. (a) 紫外线防护和抗氧化测试示意图；微胶囊对 (b) 辅酶 Q10 (CoQ10) 和 (c) β-胡萝卜素的紫外线防护测试结果；(d) 负载 β-胡萝卜素微胶囊的抗氧化测试结果；(e) 微胶囊的长期泄漏测试结果。*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001。