蒸汽閃爆（SFE）是一種新型的生物材料預(yù)處理方法，已廣泛用于分解由纖維素、角蛋白等材料組成的生物質(zhì)。該方法基于加壓和迫使蒸汽進(jìn)入生物質(zhì)中存在的纖維組織，然后在爆炸減壓過(guò)程中快速釋放壓力，使生物質(zhì)接受外部機(jī)械能并向化學(xué)能轉(zhuǎn)化的過(guò)程。SFE工藝主要在由氣缸和活塞組成的噴射爆炸裝置中進(jìn)行的，爆炸可以在0.0875s內(nèi)完成。在短時(shí)間內(nèi)釋放高密度能量提供了足夠的力來(lái)破壞生物高分子聚合物的有序結(jié)構(gòu)。通過(guò)設(shè)定蒸汽壓力和保溫時(shí)間可以調(diào)節(jié)生物材料的粒徑范圍，實(shí)現(xiàn)生物材料的自組裝。該研究首次披露采用此方法來(lái)制備均質(zhì)的生物納米顆粒。研究假設(shè)通過(guò)施加精確的蒸汽壓力和操作時(shí)間，可以“一步法”生成生物納米顆粒，并控制顆粒尺寸分布。在此研究中，首次嘗試使用黑水虻天然幾丁質(zhì)作為模板，通過(guò)SFE新方法制備生物納米顆粒，并使用多種方法研究了制備的納米顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果證明了SFE“一步法”工藝可用于制備生物納米顆粒的假設(shè)。
西北民族大學(xué)生物醫(yī)學(xué)中心生物制藥與材料工程創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊International Journal of Biological Macromolecules在線(xiàn)發(fā)表題為“A novel chitinous nanoparticles prepared and characterized with black soldier fly (Hermetia illucens L.) using steam flash explosion treatment”的研究論文。該論文首次提出使用蒸汽閃爆裝置一步制備黑水虻殼聚糖納米顆粒的方法，為深入了解如何高效制備生物質(zhì)納米顆粒及潛在的生物質(zhì)納米遞送組裝系統(tǒng)提供新的見(jiàn)解。
該研究是首次利用蒸汽閃爆法（SFE）從黑水虻（BSF）中制備殼聚糖納米顆粒， SFE處理的蒸汽壓力為0.45～1.60 MPa，保持時(shí)間為60 s，隨著壓力的增加，高分子殼聚糖顆粒的粒徑減小，在 1.60 MPa 下，生成尺寸范圍為 59~162 nm 的殼聚糖納米顆粒。使用SEM、AFM、Raman光譜、FT-IR 光譜、1 H NMR、TGA和DSC對(duì) BSF殼聚糖材料進(jìn)行表征。結(jié)果表明，SFE處理后可得到脫乙酰度為91.24%的殼聚糖。此外，聚合物主鏈得以保留，殼聚糖納米顆粒的聚合度降低。殼聚糖納米顆粒的陽(yáng)離子基團(tuán)活性得到改善，從而增強(qiáng)了聚合物材料的溫度敏感性。由此得出結(jié)論，SFE一步處理方法是一種簡(jiǎn)單有效的制備均質(zhì)生物材料納米顆粒的方法，這項(xiàng)研究對(duì)于開(kāi)發(fā)用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的殼聚糖納米材料具有重要意義。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813023000843
該論文由碩士研究生馮海月和團(tuán)隊(duì)骨干王子凡博士為并列第一作者，丁功濤副教授為通訊作者，該工作得到西北民族大學(xué)生物制藥與材料工程創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)經(jīng)費(fèi)、西北民族大學(xué)優(yōu)秀人才科研基金 (xbmuyjrc202226)和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金(31920220133)等項(xiàng)目資助支持。
