摘要：益生菌是一种对宿主有益的活性微生物，对身体健康具有诸多益处。然而，它们在胃肠道运输过程中的活力是一个问题。近期，成都中医药大学瞿燕教授、张晨特聘副研究员等人以天然可食性多糖凉粉草多糖（MCP）为原料，通过微流控技术制备了具有pH响应性和胃酸保护功能的水凝胶微胶

导读：

益生菌是一种对宿主有益的活性微生物，对身体健康具有诸多益处。然而，它们在胃肠道运输过程中的活力是一个问题。近期，成都中医药大学瞿燕教授、张晨特聘副研究员等人以天然可食性多糖凉粉草多糖（MCP）为原料，通过微流控技术制备了具有pH响应性和胃酸保护功能的水凝胶微胶囊，用于口服益生菌的肠道靶向递送，显著提高了益生菌在胃肠道中的存活率和递送效率。相关研究以“Microfluidic design and preparation of hydrogel microcapsules of Mesona chinensis polysaccharide: Characterization, pH-responsive behavior and gastrointestinal protection for Lactobacillus plantarum”为题目，发表在期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上。

本文要点：

1、本研究利用微流控技术制备了以凉粉草多糖（MCP）为原料的水凝胶微胶囊（MCM），旨在实现生物活性物质的精准肠道靶向递送。

2、结果表明，制备的MCM具有高单分散性、稳定的形态和均匀的粒径（737.25±10.40–511.65±10.99μm），在模拟体液中表现出良好的pH响应性。

3、体内成像证实了微胶囊的靶向和保护作用，其在肠道中的滞留时间比游离组更长。在模拟胃液中，MCM能够形成一层致密的保护层，提高植物乳杆菌的存活率和储存稳定性。

4、研究表明，MCM是一种具有胃酸保护和肠道靶向能力的有效载体，有望扩大MCP在功能性食品和药品中的应用，并为生物活性物质的递送提供了新思路。

该水凝胶微胶囊的制备步骤如下：

1、制备水相溶液：称取适量的凉粉草多糖（MCP）溶解于纯水中，配制成1.5%（w/v）的水溶液。该溶液在35℃下搅拌过夜以确保完全溶解，然后通过离心去除气泡。

2、制备油相溶液：配制含有2%（v/v）Span 80的正癸醇溶液，作为油相。

3、制备交联液：在正癸醇中加入1%（w/v）的醋酸钙二水合物粉末，搅拌至完全溶解，作为交联液。

4、微流控装置生成MCP液滴：将水相和油相分别装入10 mL注射器（内径为10.58 mm）中，并连接到微流控芯片，确保连接处密封无泄漏。设置水相流速为0.4 mL/h，油相流速为4 mL/h。在芯片的T形结处，水相在油相的剪切作用下形成均匀的液滴。

5、交联固化：将生成的MCP液滴引入含有钙离子的交联液中，通过钙离子与MCP中的羧基发生交联反应，形成稳定的水凝胶微胶囊。

6、清洗与保存：用乙醇和水交替洗涤微胶囊，去除表面的油相，最后干燥并密封保存以备后续使用。

MCP微胶囊的pH响应机制主要基于其分子链上丰富的羧基（-COOH）在不同pH环境下的质子化和去质子化行为，从而实现对内含物的保护和靶向释放。具体来说：

1、在酸性环境（如模拟胃液，pH 1.2）中：
羧基质子化形成-COOH，分子链收缩，微胶囊结构变得紧密，有效阻止胃酸和消化酶的渗透，保护内含物。

2、在中性或弱碱性环境（如模拟肠液，pH 6.8和模拟结肠液，pH 7.8）中：
羧基去质子化形成-COO-，分子链伸展，微胶囊结构变得松散，吸收水分膨胀并逐渐降解，从而释放内含物。

这种pH响应性使得MCP微胶囊在胃中保持稳定，在肠道中靶向释放，为内含物提供了良好的保护和递送性能。

图1：MCM制备示意图（a），及其耐胃酸特性和肠道靶向降解能力（b）。

图2：MCM的制备与表征。（a）MCM的扫描电子显微镜（SEM）图像及其局部放大图。（b）MCM的SEM图像和能量色散光谱（EDS）分析，其中C、N、O和Ca元素以不同颜色显示。（c）微胶囊中各元素的能谱分析。（d）和（e）分别表示各元素的原子重量比例和重量百分比。（f）MCP和MCM的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。（g）MCP和MCM在30–600°C下的重量损失曲线。（h）热重DTG曲线。

图3：微流控装置参数与液滴尺寸之间的关系。（a）用于制备微胶囊的微流控装置由两台恒流泵和一个微流控芯片组成，I-VI表示芯片中液滴的剪切过程。（b-d）分别表示在1%、1.5%和2%浓度下，水相流速为0.2 mL/h或0.4 mL/h，油相流速为1 mL/h、2 mL/h、3 mL/h和4 mL/h时的微胶囊粒径分布。（e-g）分别对应于在不同流速和浓度下的平均粒径。

图4：MCM的膨胀和降解特性。（a）MCM的膨胀率。（b）在SGF（模拟胃液）、SIF（模拟肠液）和SCF（模拟结肠液）中不同时间点的MCM显微图像。（c）在EP管中与不同模拟体液孵育的MCM图像。（d）不同时间点降解后的MCM粒径。（e）不同时间点的MCM降解率。

图5：DiR@lipos的表征以及荧光标记MCM的共聚焦显微镜图像。（a）DiR@lipos的粒径分布和多分散指数（PDI）。（b）DiR@lipos的zeta电位。（c）MCM的粒径分布，N = 100。（d）MCM显微镜黑白图像及不同荧光通道图像，绿色表示含有FITC的脂质体，红色表示MCP溶液。（e）MCM的三维共聚焦显微镜图像。

图6：动物体内实验。（a）脂质体或微胶囊灌胃给小鼠后的小鼠体内成像。（b）小鼠的活体成像荧光图像。（c）各组小鼠的荧光表达水平。（d）解剖后各组小鼠整个肠段的荧光表达水平。（e）小鼠整个肠段的荧光分布。（f）小鼠小肠、盲肠和结肠在各时间点的荧光表达水平。每组数据的N = 5，*p

图7：MCM对植物乳杆菌的保护作用。（a）MCM-LP的扫描电子显微镜（SEM）图像，可在表面和孔隙中观察到完整的植物乳杆菌。（b）经SGF消化后的MCM-LP。（c）游离植物乳杆菌和MCM-LP经胃酸消化后的细菌计数。（d）植物乳杆菌的存活率。（e）经胃酸消化后的MCM-LP释放的植物乳杆菌和正常培养下的植物乳杆菌的SEM图像（不同放大倍数）。每组数据的N = 3，*p

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.140446

来源：妇产科的陈大夫i