細菌纖維素面貼膜對營養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物質，直接敷于皮膚表面，起集中護理和清潔作用的產品。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 在許多領域都有很高的應用價值，特別在醫藥方面，對于受損皮膚，BC 是一種良好的醫藥載體，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(膠原蛋白、彈性蛋白和透明質酸)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的條件:第一，BC 具有優良的保水保濕性能，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)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的輸送。

目前，國內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］。而護膚品中營養成分只有被吸收才能發揮功效［8］。因此，只有建立在透皮吸收的基礎上，功效性成分的開發和應用才有意義。

此文旨在利用BC 為護膚物質的載體，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，研究營養物質的吸收情況，為產品的有效性提供科學的數據依據，同時也優化產品性能。

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，手術刀除去皮膚脂肪，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、蠶絲對營養物質吸附能力的測定

將膜材置于乳液中，測定吸附的營養物質含量，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物質，測定膜材料對營養物質的吸附量。每個樣品重復測定5 次，結果列于圖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)及維生素E 醋酸酯(疏水性抗氧化物質)兩種小分子為模型營養物質，考察3 種不同材質對該兩種物質的控制釋放行為。同時，優化BC 膜片的厚度，即研究不同厚度的BC 膜片對模型營養物質的控制釋放情況，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 ℃，接收池轉速250 rad/min，供給室處于開放狀態。

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物的量與時間關系作圖，得到材質控制釋放曲線。

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、蠶絲等控制營養物質釋放實驗方法同BC 的實驗方法。

2 結果與討論

2.1 BC 及棉纖維、蠶絲吸附營養物質能力的比較

圖1 為棉纖維、蠶絲及不同厚度的BC 膜對兩種營養物質的吸收能力研究結果。

圖1 3 種不同材質載營養物的測定結果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。

上述結果與BC 及乳液的結構有關:乳液中，尿囊素溶于水為連續相，維生素E 醋酸酯則形成油狀顆粒(粒徑為5 ～10 μm)，而BC 為有致密的網狀結構的親水性高分子(見圖2)，對連續相具有親和作用，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，而對疏水性小分子的能力較弱。

圖2 3 種膜材料的微觀結構圖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物質的釋放速度較快，在15 min 時對2 種營養物質的釋放量已達到最大值，而BC 對營養物質的釋放因膜厚度而異。總體而言，BC 膜越厚，對營養物質的最大釋放量越大，達到平衡的時間也越長。說明膜越厚，對營養物質的釋放速度越慢。可能原因是BC 的三維網狀結構使得物質的釋放過程中需要經過的路徑較長，且膜越厚，路徑越長，使得物質的釋放越緩慢，此推斷與黃琳等［10］研究結果一致。同時，膜厚度大于1.5 mm 的BC 膜的輸送速度慢，在短時間內輸送累計量小，但是根據釋放曲線趨勢可知，如果透皮實驗時間繼續延長，膜會繼續輸送營養物質進入皮膚，此依據來源于Trovatti 等［11］的研究結果。

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果見圖4。

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

由圖4 可知，在實驗時間內，棉纖維對營養物質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 薄膜對營養物質的最大釋放量均高于其它兩種材質，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，在恰當的時間內，如20 ～30 min，1.0 ～1.5 mm 厚的BC 膜輸送的營養物質明顯比其它膜多。因此，1.0 ～1.5 mm BC 膜更適合于制備面貼膜，且其產品效果比其它兩種材質更優。

3 結論

BC 膜與其它兩種商業可用的材質(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;就膜材料對物質的輸送性能而言，1.0 ～1.5 mm 的BC 膜在20 ～30 min 內的傳遞效果最好，即采用同一營養乳液配方，該厚度的BC 膜制備的面貼膜產品能將更多的營養物質輸送到皮膚，功效性更好。因此，在面貼膜制備方面，BC 膜是一種優良的備選材料。

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