综述：用于制备纳米乳液的生物表面活性剂

《Current Opinion in Electrochemistry》：Biosurfactants for Formulating Nanoemulsions

　　迈克尔·格拉齐尔斯基 | 埃莱尼·P·卡洛吉安尼
柏林工业大学化学研究所物理与理论化学实验室，德国柏林D-10623

**摘要**
油包水（O/W）纳米乳液是一种将疏水性化合物制备成水基环境中的有效形式的方法。由于其液滴体积小（直径为50-400纳米），从而具有较大的界面面积，使得油相中的活性成分更容易被释放出来。然而，为了稳定这些乳液，通常需要使用表面活性剂；而在许多应用领域（如制药、化妆品、食品、农业等），对所使用的表面活性剂类型有严格限制。因此，人们开始研究生物表面活性剂。近年来，使用生物表面活性剂制备的纳米乳液受到了广泛关注。本综述将总结这些研究工作，主要按照所使用的表面活性剂类型、纳米乳液的制备方法以及所得液滴大小进行分类。此外，我们还将详细描述乳化油的类型及其他成分，这些成分不仅直接影响纳米乳液的应用场景，还影响其界面结构及性质。总体而言，这一领域的多项研究显著提升了人们对表面活性剂要求的认识，从而能够制备出小而稳定、适用于特定应用的纳米乳液。

**引言**
在水溶液中实现溶化和乳化是表面活性剂与胶体科学中的经典课题，人类已研究数千年，并在清洁、洗涤、化妆品、食品配方、制药、作物保护及石油回收等多种应用中发挥着核心作用[1][2]。需要注意的是，这里需要区分热力学平衡下的溶解（形成膨胀的胶束或微乳液[3]）与未达到热力学平衡的乳液形成过程——后者虽然可能通过动力学手段暂时稳定（即处于自由能的局部最小值），但仍属于亚稳态[4]。因此，通过调控制备过程来控制乳液的稳定性是胶体科学的重要课题。对于乳液或纳米乳液的稳定化，可以采用多种方法：传统方法依赖表面活性剂，也可使用长链聚合物（如多糖[5]或蛋白质[6]）或颗粒来形成Pickering乳液[7]。此外，在含有敏感活性成分的配方中（如食品或药品），还需考虑化学稳定性。稳定性通常通过长期监测纳米乳液的粒径变化、浊度变化或氧化/降解产物来评估；离心和/或冻融循环可加速观察过程。最终，宏观上的相分离（分层或沉淀）标志着乳液稳定性的终结。

从结构上看，乳液可分为油包水（O/W）或水包油（W/O）两种类型，其中纳米乳液的液滴直径在50-400纳米范围内，而常规乳液的液滴直径通常在0.5-20微米之间。纳米乳液的尺寸多通过动态光散射（DLS）测定，尽管静态光散射以及小角X射线或中子散射（SAXS、SANS）更为准确。另一种方法是冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM/SEM），但样品制备要求较高[8]。本综述重点讨论油包水（O/W）纳米乳液，因为它们在水基环境中的应用更为广泛。纳米乳液的小尺寸能有效防止分层或沉淀，从而提升其动力学稳定性[9]；分层速度v的计算公式为：
$$ v = \sqrt{\frac{2\pi \Delta\rho g \eta}{R^2}} $$
其中R为液滴半径，g为重力加速度，Δρ为颗粒与溶剂之间的密度差，η为溶剂粘度。对于半径为100纳米的液滴，在水中（Δρ=0.1 kg/L，η=0.92 mPas）时，分层速度约为2.4纳米/秒，这意味着需要约50天才能发生宏观相分离。因此，宏观不稳定通常是由于液滴通过聚并或奥斯特瓦尔德熟化作用而增长所致。

纳米乳液的小尺寸还使其在多孔介质或生物系统中更具透明性，这对某些应用具有优势。纳米乳液的另一个特点是，其小液滴能够更容易进入常规乳液无法进入的空间。纳米乳液（也称为微乳液或超细乳液）早已被研究多年[10][11][12]，尤其是在需要延长稳定时间或减小液滴尺寸的应用中。由于具有较大的界面面积，纳米乳液特别适合快速释放活性成分——这一特性在制药、化妆品和营养学领域尤为重要。例如，多不饱和脂肪酸、姜黄素、植物甾醇、类黄酮等亲脂性生物活性物质可通过纳米乳液高效释放。

然而，纳米乳液容易老化，主要的不稳定机制包括聚并、聚集和奥斯特瓦尔德熟化。纳米乳液的亚稳态还受液滴间的静电排斥作用影响（最简单的描述可用DLVO理论），其他稳定机制（如空间位阻稳定）也起作用。本综述重点关注由表面活性剂（尤其是生物表面活性剂）稳定的纳米乳液，因为这类表面活性剂在开发环保型乳液方面具有巨大潜力。需要注意的是，“生物表面活性剂”这一术语并无严格定义，本综述不强调其来源，而是关注具有生物相容性的表面活性剂。虽然许多生物来源的表面活性剂具有毒性[13]，但在要求无毒性的应用中不宜使用。

纳米乳液的制备通常通过高能量输入（如超声处理、高压均质化）来实现，能量越大，液滴尺寸越小[14]。这种方法能较好地控制液滴大小（受表面活性剂类型影响较小）。不过，也可采用低能量方法（如相转化温度法[PIT]或相转化浓度法[PIC]，后者常通过简单稀释实现）。原则上，自发乳化也是可能的，但较为罕见。无论是合成表面活性剂还是生物表面活性剂，其制备过程相似，图1展示了针对特定应用的纳米乳液制备步骤。不过，纳米乳液的性质和稳定性很大程度上取决于表面活性剂的分子结构；许多生物表面活性剂的结构比合成表面活性剂更复杂（见图2），这使得预测其行为更具挑战性。待乳化的活性成分通常已在初始制备过程中存在（可能是纯油状物或溶解在油中），也可后续加入预配好的纳米乳液中。

**图1. 使用生物表面活性剂制备纳米乳液及其潜在应用类型**
**图2. 不同类型生物表面活性剂的分子结构：**
(a) 植酸酯钠；(b) Span 20；(c) Tween 60；(d) 硬脂酸蔗糖酯；(e) DOPC；(f) 苦杏仁苷脂（酸性形式）；(g) 树胶脂；(h) 茶皂素

生物表面活性剂早已用于纳米乳液的制备，例如surfactin与食用油的组合[17]，或利用Tween 80和山梨醇三油酸酯通过超声处理制备柠檬烯乳液[18]。近年来，这一领域因其在“绿色纳米乳液”应用中的巨大潜力而受到广泛关注[19]。

本综述侧重于生物相容性的表面活性剂，而非其来源（合成或生物来源），因为它们的生物相容性使其更适合关键应用（如制药、食品、营养品等）。我们讨论的表面活性剂包括GRAS认证（普遍认为安全的）或食品级产品，可用于多种重要应用。例如，从山梨醇酯或脂肪酸聚氧乙烯醚（Span和Tween系列）衍生的合成表面活性剂，以及来自天然来源的生物表面活性剂（如皂素、树胶脂、苦杏仁苷脂等）。图2展示了部分生物表面活性剂的分子结构，体现了其复杂性的特点。

使用生物相容性表面活性剂时，乳化油也应具备生物相容性，此类乳液可用于制药或食品领域。在某些应用中，表面活性剂需与环境充分接触（如提高石油采收率或杀虫剂配方），此时生物相容性至关重要。所有纳米乳液的核心关注点包括：制备方式、所得液滴的大小与分布，以及其对老化及外部参数（温度、pH值、离子强度）变化的稳定性。

接下来，我们将按表面活性剂类型展开讨论：首先介绍合成生物表面活性剂及其与磷脂的混合物，然后是纯磷脂及其他生物来源的生物表面活性剂混合物。

**合成生物表面活性剂**
本节主要讨论Span和Tween系列表面活性剂（见图2b和2c）。多年来，这些表面活性剂在食品配方中的应用备受研究，因其高稳定性和优异的溶解性[20]。一项研究中比较了三种Tween表面活性剂（Tween 20、Tween 40、Tween 80）在制备薄荷精油乳液时的效果，发现只有Tween 20和Tween 80能形成亚微米级液滴（平均直径分别为380纳米和527纳米[21]）。这表明单独使用Tween表面活性剂不太适合制备纳米乳液，且HLB值（亲水-疏水平衡指数）在评估乳液稳定性时存在局限性（Tween 40的HLB值介于Tween 20和Tween 80之间，但实际效果不佳）。在另一项研究中，发现Tween 80不适合用于形成薄荷油（Minthostachys verticillata）的纳米乳液，而与Span 80的混合物则表现更好[22]。Tween表面活性剂单独稳定纳米乳液的能力较弱，这可以归因于它们较高的亲水性和较低的堆积参数，这有利于形成更弯曲的油水界面。因此，将亲脂性的Span表面活性剂（高堆积参数[23]）和亲水性的Tween表面活性剂（低堆积参数）结合使用是一种概念，通过结合具有显著不同亲水性的表面活性剂来获得协同效应。在一项关于乳化油酸的研究中，采用了PIC方法（我们将在最后一章更详细讨论低能量方法），并比较了Span 60（山梨醇单硬脂酸酯）/Tween 60（聚氧乙烯（20）山梨醇单硬脂酸酯）和Span 80（山梨醇单油酸酯）/Tween 80混合物在纳米乳液形成方面的表现。有趣的是，用Span 80/Tween 80稳定的纳米乳液在第一个小时内就出现了乳化现象，而用Span 60/Tween 60配制的纳米乳液形成了直径为30-35纳米的小滴，并且至少保持稳定一个月[24]。需要注意的是，在这项研究中，作者使用的是油酸作为被包封的油，它会在界面上与表面活性剂竞争吸附，因此这与大多数研究情况不同，后者通常考察的是非极性且不吸附的油。对于这个系统，显然饱和的C18疏水链（硬脂酸酯）比C18单不饱和油酸链更适合稳定纳米乳液[24]。这可能是因为直链的硬脂酸酯比弯曲的油酸链能形成更厚的两亲层。这表明两亲界面是决定纳米乳液稳定性的一个非常重要的参数，其中包括被乳化油的类型。

类似地，也使用Span 80/Tween 80混合物对香酚（eugenol）这种苯丙素类精油进行了纳米乳化。在这些实验中，系统地改变了表面活性剂与油的比例以及超声处理过程中的能量输入。观察到随着表面活性剂含量的增加和能量输入的提高，滴粒尺寸变小（见图3左侧），因此滴粒尺寸可以在150到280纳米之间变化[25]。然而，并没有观察到滴粒尺寸与质量比（moil/msurf，此处从3:1变化到1:1）之间的简单比例关系，尽管从几何学上讲这是预期中的。需要注意的是，通常这种计算纳米乳液滴粒尺寸的方法并不适用，但对于微乳液滴粒则适用[3]。还需要指出的是，香酚是一种极性很强的油，它会表现出一些辅助表面活性剂的特性，从而改变界面性质，这与其他含有酚基和/或酯基的芳香油的情况类似[26]。

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图3. 左侧：能量密度对不同油-表面活性剂比例（1:1, 2:1, 3:1）下的Span 80/Tween 80/香酚纳米乳液滴粒尺寸的影响[25]；右侧：用Tween 20和大豆卵磷脂乳化的初榨橄榄油纳米乳液的平均滴粒直径（MDD）。实验中改变了压力和均质化循环次数[46]。

由于纳米乳液的滴粒尺寸小且界面面积大，与经典乳液相比具有优势，可以增强某些功能，如营养物质的生物利用度或抗菌效果。在这方面，使用Span 80和Tween 80的组合来乳化含有维生素D3的大豆油，其中乙醇作为助溶剂。乳化过程通过搅拌和随后的高压均质化完成，形成了直径较大的（350-400纳米）且相对多分散（PDI：0.23-0.31）的滴粒，这些滴粒虽然不长期稳定，但仍可以研究其体外胃肠消化情况。纳米乳化形式的维生素在胃部条件下的耐受性更高，这归因于Tween表面活性剂头基的立体排斥作用。此外，纳米乳化形式的维生素在肠道消化过程中能够持续释放[27]。在维生素D递送方面，还研究了使用Tween 80和豌豆蛋白作为乳化剂的组合，其中维生素D溶解在菜籽油中。乳化过程是在将含有Tween 80的有机溶液滴加到含有豌豆蛋白的水溶液中时通过简单搅拌实现的，同时改变了Tween 80的浓度和pH值[28]。需要注意的是，这项研究中使用了相对较高的表面活性剂含量（表面活性剂与油的比例为1:1至9:1）。这种制备方法属于低能量方法，我们将在本综述的最后部分详细讨论。仅在pH 3和7时，添加豌豆蛋白后形成了直径为200-250纳米的纳米乳液，而在其他pH值下则形成了较大的乳液滴粒，这些滴粒有聚集的趋势[28]。当然，在这类系统的形成过程中，蛋白质的等电点对稳定性起着重要作用。例如，豌豆蛋白的等电点约为4.5-5.0[29]，这导致了观察到的不稳定性。

同样，也研究了Span 80和Tween 80的组合用于乳化精油。使用过时的HLB（亲水-疏水平衡）概念，发现当Span 80和Tween 80的混合比例约为相等时，可以获得稳定性好且抗菌性能强的最小滴粒。通过响应面方法（RSM）的统计/数学方法优化了配方条件（微流控和超声处理）[30]。同样的RSM方法也被用于含有红景天提取物的Span 80/Tween 80基大豆油纳米乳液，以赋予系统药理效益，如抗炎、心脏保护、抗氧化等。这里的优化主要是针对表面活性剂混合物以及添加的辅助表面活性剂Transcutol?（二乙二醇单乙醚，C2E2）对形成的纳米乳液稳定性的影响[31]。

另一种成功的表面活性剂组合是Tween 80和Span 80的组合，用于形成薄荷油的纳米乳液[32]。在总浓度为1%的情况下，75/25的Tween/Span表面活性剂比例足以形成20%（油/水体积比）的纳米乳液，通过超均质化（高速/高剪切混合）和超声处理实现。在所研究的表面活性剂比例和乳化方法中，上述条件下的滴粒尺寸为106纳米，PDI为0.3，ζ电位为-22.5 mV。该系统的一个有趣应用是将其施用于断奶仔猪，以研究其对断奶压力的影响[32]。发现口服纳米乳化形式的精油比非乳化形式的精油具有更高的生物活性，表现为生长性能改善、甘油三酯水平降低和抗氧化效果增强。这清楚地表明，作为纳米乳液形式的配方具有明显的优势。

同样的表面活性剂组合（Tween 80和Span 80）也被用于仅通过高剪切均质化形成百里香（Thymus daenensis）和薄荷（Mentha piperita）精油的纳米乳液。研究表明，使用较高的表面活性剂与油的比例（百里香纳米乳液为5/3，薄荷纳米乳液为7/4），即使不使用高压均质化或超声处理等高能量方法，也能形成直径约120纳米、PDI约0.2、ζ电位接近-12 mV的纳米乳液。这些纳米乳液在两个月内相对稳定，并且对大肠杆菌的抗菌活性明显优于非乳化油[33]。在一项面向食品的应用研究中，使用Tween 80乳化橙精油，并添加果胶作为额外的稳定剂，通过微流控技术从粗乳液制备纳米乳液。系统地改变了组成，使用DLS监测滴粒尺寸，并评估了胶体稳定性。结果表明，在乳化5 wt%的橙精油时，需要超过1 wt%的Tween 80浓度才能形成直径为120-150纳米的纳米乳液，且2-3 wt%的Tween 80浓度下胶体稳定性最佳。添加果胶不仅形成了粘弹性凝胶状制剂，还进一步提高了胶体稳定性，其中最高果胶浓度（6 wt%）的效果最为显著[34]。这里可以指出，较高的粘度（由相对较高的果胶浓度引起）通常有助于提高乳液的胶体稳定性。这是由于在更粘稠的介质中滴粒的移动性大大降低，甚至在凝胶网络中完全固定。

通过耗散粒子动力学（DPD）模拟也研究了Tween和Span表面活性剂在油水界面上的相互作用，并将其与相应的实验研究进行了比较[35]。这项工作使人们能够可视化这些表面活性剂的协同作用，它们主要在亲水头基的结构上有所不同，如图4所示。

表1总结了关于Span和Tween表面活性剂及其混合物的研究成果。从迄今为止的研究中可以清楚地看出，亲脂性Span表面活性剂（高堆积参数）与亲水性Tween表面活性剂（低堆积参数）的组合在稳定界面方面具有协同作用[23][35]。尽管这些分子单独作为乳化剂可能不适合形成纳米乳液，但通过适当的组合，可以在纳米乳液范围内提供不同类型的油滴。这样的系统可以用作多种生物活性化合物的递送系统，并且可以通过不同的乳化方法制备。还需要注意的是，大多数研究都是使用Span 80和Tween 80进行的，即具有疏水油酸链的表面活性剂。

表1.吐温（Tween）和斯潘（Span）表面活性剂及其混合物用于通过不同方法制备纳米乳液，并对稳定性和应用进行了评论：

| 表面活性剂 | 油 | 制备方法 | 直径（nm） | 稳定性 | 评论 |
|---------|------|---------|---------|-------|
| T20, T40或T80 | spearmint EOS | 375 | (T20)-12 | 15 | (T40)-5 | 27 | (T80) | 稳定，5周（T20, T80） | 有乳化现象（T40） | HLB概念不适用 |
| | | | | | |
| 21S80或T80 | Minthostachys verticillata EOS | 187.5 | 稳定 | 表面活性剂与油的比例是重要变量 | | |
| | | | | | |
| | | | | T80形成纳米乳液的能力较低可能归因于其较高的亲水性和较低的堆积参数 | | |
| 22S80 | cinnamon oil | | 12周 | 表面活性剂浓度与纳米乳液的平均粒径、PDI和浊度呈负相关 | | |
| | | | | T80在减小液滴尺寸和稳定性方面优于大豆卵磷脂 | | |
| 42T80 | clove oil | | 12周 | T80在减小液滴尺寸和稳定性方面优于大豆卵磷脂 | | |
| 44S80/T80 | Minthostachys verticillata EOS | 106 | 稳定 | 1%的吐温/斯潘足以形成20%（油/水v/v）的纳米乳液 | | |
| | | | | 纳米乳化形式在体内研究中表现出更高的生物活性 | | |
| 25S80/T80 | eugenol EOS | 150 - 280 | 未研究 | 随着表面活性剂浓度的增加和能量输入的增加，粒径减小 | | |
| | | | | 液滴尺寸与表面活性剂浓度的比例关系不成立 | | |
| 42T80/T80 | soybean oil & vitamin D3 | HP | 350-400 | 无长期稳定性 | | |
| | | | | 纳米乳化的D3在胃部条件下表现出更高的耐受性 | | |
| 27S80/T80 | 混合EO & citrus extract | MF, S34-120 | 稳定 | 4周 | 通过等量混合表面活性剂获得最小的液滴 | | |
| 30S80/T80 | Thymus daenensis&Mentha piperita | HS（自发） | 120 | 稳定 | 高表面活性剂与油的比例即使在没有高能量输入的情况下也能形成纳米乳液 | | |
| | | | | 纳米乳液对抗大肠杆菌的效率优于非乳化形式 | | |
| 42S60/T60或S80/T80 | oleic acid | PIC | 30-35 | (S60/T60)-16 | 4-210 | (S80/T80) | 稳定，4周 | |
| | | | | 油酸在界面吸附并影响稳定性 | | |
| 44S80/T80 | coconut oil & curcuma extract | PIC | 55-110 | 稳定或分离 | | |
| | | | | 表面活性剂的比例影响离心后的稳定性 | | |
| 95T80/pectin | orange EOMF | 120-150 | 稳定 | 2-3%的吐温（对于5%油/水v/v）和添加果胶可提高稳定性 | | | |
| | | | | 果胶增加连续相的粘度，从而降低液滴移动性 | | |
| 34S80/pea protein | canola oil with vitamin D3 | SE | 200-250 | 未研究 | | |
| | | | | 在pH 3和7时形成纳米乳液。蛋白质的等电点影响乳液的大小和稳定性 | | |
| 28S80/T80/C2E2 | Labrafac或soybean oil & Rhodiola rosea extract | S13-85 | 稳定 | RSM提供了最佳的稳定性组成 | | |
| 31S80/soy lecithin | canola oil & vitamin D | S119 | 稳定 | 8周 | 温度从30到90°C，或pH从2到8，以及NaCl浓度从0到400 mM的变化对初始形成的液滴大小没有影响 | | |
| | | | | 吐温/磷脂混合物在堆积参数方面与Spam/Tweenones类似，从而带来观察到的稳定性 | | |
| 47T40/soy lecithin | algal oil | | 未研究 | 混合物的液滴直径较小（267 nm vs. 340 nm），且这些较小的液滴也显著更稳定 | | |
| | | | | 体外消化显示纳米乳液的DHA生物利用率高于简单的藻油乳液 | | |
| 51S80, T60, T80 /不同phos-phatidylcholinessunflower和rosehip oil | HP | 130 nm | 添加斯潘/吐温后液滴直径明显小于纯磷脂（370 nm）。在皮肤愈合方面更有效，但细胞毒性也更大 | | |
| 52T20: Tween 20, T40: Tween 40, T80: Tween 80, S60:Span | 60, S80:Span80, C2E2 :diethylene glycol monoethyl ether, EO: essential oil | 制备方法：S：超声处理，HS：高剪切均质化，HP：高压均质化，MF：微流控均质化，SE：自发乳化，PIC：周 | *表示本文作者的评论，而非参考文章的评论 |

**脂肪酸的蔗糖酯**
脂肪酸的蔗糖酯（图2d）是非离子表面活性剂，具有高生物相容性。它们与斯潘表面活性剂密切相关，只是单糖山梨醇被二糖蔗糖替代。蔗糖酯用作食品中的乳化剂（欧盟法规（EC）No 1333/2008中的E473），由于其低皮肤刺激性和良好的渗透性，也用于药物配方和化妆品中[36][37]。这是一个相当大的化合物群，其中使用的脂肪酸类型和蔗糖的酯化程度各不相同。由于它们的生物相容性，这些化合物在过去15年中已被用于制备纳米乳液[38]。然而，尽管具有高生物相容性，关于蔗糖酯用于制备纳米乳液的研究还不够广泛。此外，在许多相关研究中，获得的乳液液滴大小更接近于传统的乳液（360-563 nm [39]-650 nm [40]）。不过，通过使用足够高的蔗糖酯浓度，可以形成纳米乳液。在这方面，一项研究考察了工艺参数、组成和蔗糖酯浓度的影响[41]。使用20 nm孔径的氧化铝膜和1/1的蔗糖月桂酸/中链甘油三酯（MCT）比例，在11次挤出循环后获得了103 nm的纳米乳液，且PDI非常低（<0.1）。使用更大的膜孔径会导致液滴尺寸增大。增加挤出循环次数和蔗糖月桂酸浓度会导致液滴尺寸减小，直到达到约50 nm的最小尺寸。然而，增加表面活性剂浓度会导致乳液因奥斯特瓦尔德熟化而更容易不稳定。另一方面，将大豆油以1:1的比例与MCT油混合可稳定乳液。这表明膜乳化方法可以很好地控制尺寸，但代价是更耗时和费力。总体而言，蔗糖酯的配方性能与斯潘表面活性剂相似，这意味着它们本身不太适合用于制备纳米乳液。

**合成生物表面活性剂与磷脂的混合物**
如前所述，纯吐温表面活性剂在制备小而胶体稳定的纳米乳液方面表现不佳，因此最好与具有高堆积参数的表面活性剂混合使用。适合的此类表面活性剂是磷脂，但单独使用磷脂在制备稳定纳米乳液方面也常常受到限制。因此，通常通过添加其他表面活性剂（如合成生物表面活性剂）来改善其配方。首先，我们简要比较了磷脂和其他生物表面活性剂在制备纳米乳液方面的能力。例如，将亲水性较强的吐温80与亲脂性较强的大豆卵磷脂进行比较，结果显示两者在超声处理下都能与肉桂油形成稳定的纳米乳液，前提是表面活性剂的量不小于油的量。在这种情况下，较少量的卵磷脂就足以形成纳米乳液，但液滴尺寸较大；而对于吐温80，当表面活性剂/油的比例从1:1增加到4:1时，液滴尺寸显著减小（从809 nm减小到23 nm）[42]。在理解这些研究中表面活性剂的效果时，不应忽视油的组成及其对界面层的影响。例如，精油成分与大多数传统油（主要由三酰甘油组成，如葵花籽油、大豆油、橄榄油、MCT）有很大不同，这可能是决定所研究系统稳定性的关键参数。在上述参考研究[42]中使用的肉桂油的主要成分是肉桂醛和丁香酚（浓度因来源而异，但在某些情况下甚至超过98%）[43]。丁香酚和肉桂醛在界面吸附，影响界面结构及相关性质，因此这些研究中观察到的乳化效果是添加的表面活性剂和活性油的共同作用[44][45]。在另一项比较研究中，考察了吐温20和大豆卵磷脂在乳化更传统、界面活性较低的油（特级初榨橄榄油）方面的能力。乳化是通过高压均质化（HPH）完成的，改变了循环次数和压力。有趣的是，吐温20形成的纳米乳液液滴大小明显受施加压力和循环次数的影响（平均直径从230 nm减小到170 nm），而卵磷脂液滴大小则基本保持不变（约185 nm，无论压力或循环次数如何）[46]。同样有趣的是，吐温20纳米乳液的热稳定性和脂质氧化稳定性显著更高。另一个有趣的发现是，为了获得小液滴，吐温20稳定乳液的最佳均质化参数应为764巴的压力和1次循环，而对于卵磷脂稳定乳液，则3巴的压力和2次循环就足够了（见图3右）。这里显然卵磷脂表现出有利的配方性能，因为它不仅所需的施加压力更低，而且形成的纳米乳液几乎不受配方条件的影响。

在讨论了磷脂和吐温表面活性剂在制备纳米乳液方面的比较后，接下来我们将讨论它们的混合物在不同应用中的研究情况。在维生素D递送方面，使用了吐温80和大豆卵磷脂（质量比3:1）的混合物通过超声处理与菜籽油制备纳米乳液。最初形成的液滴直径为119 nm。有趣的是，温度从30°C到90°C，或pH从2到8，以及NaCl浓度从0到400 mM的变化对初始形成的液滴大小没有影响。储存2个月后，在4°C时液滴直径增加到140 nm，在25°C时增加到156 nm（同时浊度增加），但乳液仍保持胶体稳定。值得注意的是，吐温与磷脂的混合物在概念上类似于吐温/斯潘混合物，因为在这种情况下卵磷脂是提供高堆积参数的表面活性剂。该研究还表明，与游离的菜籽油相比，纳米乳液的氧化产物形成显著减少[47]。这一结果并不令人惊讶，因为众所周知，卵磷脂及其主要成分磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰乙醇胺（PE）会捐赠电子以中和氧化物质，从而与γ-/δ-生育酚和其他抗氧化剂产生协同抗氧化作用[48][49]。另一种重要的营养成分是ω-3多不饱和脂肪酸，通常来自海洋来源，特别是藻油近年来已成为传统鱼油的有趣替代品[50]。使用纯大豆卵磷脂和吐温40的1:1混合物通过预均质化后进行超声处理制备了藻油纳米乳液。混合物的液滴直径较小（267 nm vs. 340 nm），且这些较小的液滴也显著更稳定，这表明添加吐温40具有积极的协同效应。体外消化实验显示，与简单的藻油乳液相比，纳米乳液的二十二碳六烯酸（DHA）生物利用率更高[51]。另一项关于乳化葵花籽油和玫瑰果油的研究使用了Span 80、吐温60和吐温80的不同磷脂酰胆碱混合物，并将形成的纳米乳液与仅使用磷脂酰胆碱形成的纳米乳液进行了比较。这些实验通过高压均质化完成，并系统地改变了多种混合参数，以寻找最佳的纳米乳液配方。一个主要发现是，添加斯潘/吐温后的液滴直径为130 nm，明显小于纯磷脂形成的液滴直径（370 nm）。关于皮肤愈合效果的实验表明，较小尺寸的纳米乳液更有效，但细胞毒性也稍高[52]。最后，还使用了大豆卵磷脂与阳离子月桂精氨酸（作为含有聚山梨酯和丙二醇的商业产品）的混合物来制备含有百里香酚和丁香酚的纳米乳液。这里月桂精氨酸不仅有助于稳定纳米乳液，还赋予其抗菌性能，此外还增加了乳化油的抗菌效果。均质化是通过高剪切力（超声均质机）完成的，这产生了透明纳米乳液，其中丁香酚和百里酚的滴径分别为58纳米和77纳米，并且在30天内没有发生变化。这种几乎自发的纳米乳化过程可能归因于使用了高极性和小的油分子。研究表明，月桂精氨酸的存在提高了胶体稳定性，但对抗菌性能没有显著影响[53]。总体而言，可以将吐温表面活性剂与磷脂混合视为优化表面活性剂系统以形成生物相容性纳米乳液的一种可行方法。

磷脂长期以来一直被用作乳液稳定的表面活性剂，广泛应用于各种领域，包括作为局部给药系统的纳米乳液[54]。最近有一项详细研究探讨了在有无助表面活性剂以及不同类型油的情况下，POPc（1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷脂胆碱）和DOPc（1,2-二油酰-sn-甘油-3-磷脂胆碱）作为乳化剂时影响纳米乳液或宏观乳液形成的因素。基于相分析和光散射实验，这些研究表明，当曲率足够大且为正时，可以形成长期稳定的纳米乳液；例如，POPc与MCT油Miglyol 812N形成的纳米乳液比与十六烷形成的纳米乳液更稳定[55]。这表明溶解的油与表面活性剂的疏水链之间的相互作用对于决定界面稳定性和乳液稳定性至关重要。此外，该研究还发现纳米乳液滴的界面由磷脂单层组成，而传统（宏观）乳液的界面通常由磷脂多层构成。另外，研究指出，这些系统的稳定性并不一定需要脂肪酸提供的长程离子排斥作用（尽管脂肪酸常用于此类系统），只要达到适当的曲率和堆积结构，磷脂本身就能实现稳定性[56]。

在一项具体研究中，天然磷脂混合物大豆卵磷脂成功用于与椰子油形成纳米乳液，并且该乳液中的番茄红素含量可提高20%。不仅观察到了更长时间稳定的纳米乳液滴（直径小于200纳米），还发现番茄红素有助于提高稳定性，据称它增强了两亲层[57]。值得注意的是，在某些实验条件下选择椰子油可能对纳米乳液的稳定性以及番茄红素的氧化稳定性也有贡献，因为在这种条件下椰子油应该是固态的。在一项针对皮肤色素沉着的治疗研究中，使用卵磷脂作为乳化剂并配合MCT油，通过高压均质化制备了含有活性成分四氢姜黄素的纳米乳液。当卵磷脂与MCT的比例为1:1时，纳米乳液的稳定性最高，这些纳米乳液能够显著减少细胞模型中的黑色素生成[58]。

姜黄素和二十二碳六烯酸（DHA）是公认在人类饮食中缺乏的活性成分。由于姜黄素溶解度低且DHA易氧化，这些化合物难以直接利用，但可以通过将其制成纳米乳液来提高其可用性。研究使用卵磷脂衍生的磷脂（Lipoid S75：69%磷脂胆碱和10%磷脂乙醇胺）将姜黄素分散在椰子油、葵花籽油或亚麻籽油中，然后进行高压均质化。研究发现，油的类型非常重要：只有葵花籽油和亚麻籽油能形成真正的纳米乳液，其滴径分别为115纳米和103纳米，而椰子油形成的滴径则较大（685纳米）。椰子油表现较差的原因可能是其在实验温度下为固态，这一点作者没有进一步讨论。在大鼠吸收实验中，固态的椰子油滴表现不佳，而葵花籽油和亚麻籽油的效果较好。不过，对于这两种油来说，油的类型同样重要，因为亚麻籽油中的姜黄素和DHA含量明显更高。这部分归因于姜黄素激活了α-亚麻酸（ALA）向DHA转化的酶途径，部分也由于亚麻籽油中ALA的自然高含量（而葵花籽油中ALA含量很低）[59]。在另一项研究中，使用相同的磷脂组成（Lipoid S75）通过高压均质化制备了160-240纳米大小的纳米乳液，所用油为荷荷巴油、MCT油或葵花籽油（卵磷脂与油的质量比为1:2）。这些纳米乳液可以负载桦树皮中的白桦醇富集提取物和纯化的云杉香脂，在伤口愈合实验中能够提高成纤维细胞和角质形成细胞的存活率[60]。另一项研究使用大豆卵磷脂将含有抗癌和抗炎活性成分yakuchinone B的菜籽油乳化。通过初始高剪切均质化后进行微流控处理，形成了直径小于200纳米的纳米乳液，这些纳米乳液在宽pH范围内具有较好的稳定性，从而能够有效递送疏水性生物活性成分[61]。

除了使用精制磷脂外，还可以直接使用来源中的天然脂质。例如，磷虾油含有多种磷脂和ω-3脂肪酸。一项研究比较了使用纯化磷虾磷脂或大豆磷脂胆碱与添加姜黄素来乳化MCT油的效果，以及直接使用粗磷虾油的效果。结果表明，无论哪种方法都能形成纳米乳液，其大小可通过超声处理次数控制，其中纯磷虾油形成的纳米乳液直径最小。所有纳米乳液的滴径在20-40天内基本保持稳定[62]。另一种方法是使用改性磷脂。在此研究中，通过用生物活性共轭亚油酸（反刍动物体内自然产生，存在于乳制品中）替代部分脂肪酸对磷脂胆碱（PC）进行酶法改性。改性后，CMC值显著降低，相同表面活性剂浓度下形成的纳米乳液滴径稍大（但在最佳超声条件下仍小于100纳米），但改性PC制备的纳米乳液稳定性更长[63]。PEG化磷脂是一种特殊的改性磷脂形式，它们是化学修饰的磷脂乙醇胺与聚乙二醇链的结合体。在生理pH值下，PEG化磷脂带负电荷，常用于制药配方中以延长活性成分的循环时间[64]。然而，目前尚未发现单独使用PEG化磷脂的应用实例，仅发现其与其它表面活性剂联合使用的报道。总体而言，磷脂稳定纳米乳液的能力因油种而异，只有当磷脂的烷基链能与油分子良好相互作用时，才能期望得到更稳定的纳米乳液滴。结果还显示分散相的液态或部分结晶状态也会影响乳液性质，这一课题值得进一步研究。尽管如此，由于磷脂与许多应用（尤其是制药和食品领域）的兼容性很高，它们仍将是该领域的重要工具。

当然，除了纯磷脂或其与合成生物表面活性剂的混合物外，还可以将磷脂与其他生物来源的表面活性剂混合使用。例如，研究了大豆卵磷脂与皂苷（sapogenine）的混合物用于乳化香叶醇精油，需要注意的是香叶醇本身也是一种强效助表面活性剂，会显著影响乳化系统的两亲性。实验涵盖了卵磷脂与皂苷的各种混合比例以及卵磷脂与油的混合比例。通过超声处理初始形成的粗乳液制备了纳米乳液。纯卵磷脂形成的纳米乳液滴径与表面活性剂与油的混合比例无关，始终在75-80纳米范围内。对于含有皂苷的混合物，在1:2的混合比例下，发现协同效应可以更好地控制滴径（降至约45纳米），而偏离这一比例后滴径显著增大（纯皂苷时达到约175纳米），同时观察到乳液快速分离。相比之下，1:1和3:1的卵磷脂与皂苷混合物在20天内几乎没有老化现象。老化机制主要是通过Ostwald熟化过程实现的，添加角鲨烯作为渗透剂可以显著抑制滴径增大[65]。还研究了一种包含卵磷脂、PEG化磷脂乙醇胺（水溶性和油溶性）和Tween 80的复杂系统作为姜黄素的递送系统[66]。在该系统中，使用大豆油或鱼油与MCT油作为油相，所有纳米乳液的滴径约为100纳米（96-108纳米），PDI值较低（0.1-0.2）。作者发现所用油的类型会影响生物活性成分的分布，从而影响表面活性剂的动态（通过EPR分析确定姜黄素的分布）。此外，PEG化磷脂的添加提高了稳定性。油的类型还影响体外药物释放，鱼油配方的释放效果优于大豆油配方。

到目前为止，关于磷脂与其他生物来源表面活性剂混合物形成纳米乳液的能力的研究还不够充分。但随着这类生物表面活性剂生产技术的进步，预计这一领域将在未来得到更多关注。

用于纳米乳液配制的生物来源表面活性剂还包括皂苷（见图2i），它们是一类含有甾体或三萜单元的糖苷，具有多种生物活性。皂苷在植物中广泛存在，根据类型和剂量对人类机体既有正面也有负面影响[67]。并非所有的皂苷都是安全的，尽管其中一些存在于常见的豆类和蔬菜中[13]，但它们作为食品添加剂的使用受到严格监管[69],[70]。一个使用生物相容性食品级皂苷的例子是使用Quillaja皂苷和高油酸葵花籽油、tricaprylin或肉桂醛作为油[71]。为了进一步的功能化，向油中添加了百里酚，从而赋予这种配方抗氧化特性（以及一些表面活性特性），使其适用于保护敏感食品，如鸡胸肉。系统研究表明，通过选择超声功率和超声时间，可以控制纳米乳液滴的大小在120-240纳米范围内（而S/O比率基本保持为1:4）。在食品相关研究中，茶皂苷（从茶树Camellia sinensis中提取的五环三萜类化合物）是皂苷的一个有吸引力的例子。因此，人们研究了将其与肉桂醛油和大豆油混合形成纳米乳液的方法，其中肉桂醛（一种极性较强的油）由于其抗氧化和抑菌特性而具有潜在的应用价值[72]。在这项研究中，通过超声均质化制备了纳米乳液，并将其性能与Tween 80和大豆分离蛋白进行了比较。观察到茶皂苷形成的滴粒大小与Tween 80相似，为170-180纳米，而大豆分离蛋白形成的滴粒则大得多，为300纳米。在为期90天的长期稳定性研究中，茶皂苷的表现明显最好，没有出现任何尺寸增加（见图5a）。同样，不应忽视肉桂醛对界面的影响，因为它会融入两亲性屏障层并显著影响其性质。在另一项关于茶皂苷的研究中[73]，含有水飞蓟素的MCT（一种具有肝保护作用的天然产物但溶解度有限）通过高压均质化被乳化，形成的滴粒直径为170-300纳米，并且随着皂苷浓度的增加而变小。同时，还与SDS和Tween 80的乳化行为进行了比较，发现它们的行为相当相似，但在较低浓度下Tween 80形成的滴粒更大（这一效应在之前与卵磷脂的比较中也观察到[52]）。此外，还观察到皂苷具有良好的冷冻保护作用，并且在冻干后能够重新分散。此外，纳米乳液显示出良好的水飞蓟素释放特性，这可以通过pH值来控制[73]。

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图5. a：用Tween 80（T80）、茶皂苷（TS）和大豆蛋白分离物（SPI）稳定的肉桂醛纳米乳液随时间变化的粒径[72]；以及茶皂苷和Quillaja皂苷与Tween 80在10 wt% MCT Migylol 812乳化过程中，粒径（b）和界面张力（c）随表面活性剂浓度的变化[75]。

在另一项研究中，使用了两种不同类型的皂苷——Quillaja皂苷和从Tribulus terrestris中提取的皂苷来乳化含有维生素E的甜杏仁油。经过预均质化后，高压均质化处理得到了平均粒径为90-120纳米但多分散性较高的纳米乳液。这些滴粒在尺寸上相对稳定且保持均匀分散。关于维生素E皮肤渗透能力的实验表明，这两种皂苷的表现都很好[74]。另一项研究直接比较了茶皂苷和Quillaja皂苷与Tween 80在乳化MCT Migylol 812方面的性能[75]。所有纳米乳液都是通过高压均质化制备的，油含量恒定为10 wt%，表面活性剂浓度从0.1到2.0 wt%不等。随着表面活性剂浓度的增加，平均粒径系统性地减小，最终稳定在约200纳米（见图5b）。为了达到这一尺寸，茶皂苷所需的表面活性剂量最低，其次是Quillaja皂苷，而Tween 80则需要较高的浓度。通常，在表面活性剂浓度超过某个值时，粒径会稳定下来（见图5c），但有趣的是，降低界面张力的效率顺序与达到恒定粒径的顺序不同。所得纳米乳液在pH值和离子强度变化下也相当稳定[75]。这表明界面张力（IFT）是一个重要参数，但并不是决定粒径的唯一因素，更不是决定稳定性的唯一因素。最后，还可以直接比较不同类型的生物表面活性剂在纳米乳液最佳配方方面的表现。这项研究使用了Tween 80、大豆卵磷脂、茶皂苷和大豆蛋白分离物（SPI）与牛至精油。使用高压微流化器进行制备，得到的滴粒大小在180-300纳米范围内。特别是茶皂苷在储存和氧化稳定性方面表现非常好，即使使用较低的重量浓度也是如此。茶皂苷所需的量也只有其他表面活性剂的一半左右，其形成的滴粒较小，且ζ电位最负，这可能解释了其特别良好的储存稳定性[76]。

总之，可以说皂苷在纳米乳液的形成和稳定性方面表现非常好，但在应用上存在一些限制，因为许多皂苷存在毒性问题。

**鼠李糖脂**
鼠李糖脂是由细菌Pseudomonas aeruginosa产生的糖脂。鼠李糖脂含有鼠李糖单元，该单元与3-(羟基烷酰氧)烷酸结合（图2g）。根据鼠李糖单元的数量，可以分为单鼠李糖脂和双鼠李糖脂。近年来，鼠李糖脂的合成工艺已经扩大规模，并成为一种商业表面活性剂。鼠李糖脂具有较低的毒性，通常不会抑制细菌生长[77]，这也是其应用的一个缺点，因为它们容易降解，因此往往只能在有限的时间内发挥作用。鼠李糖脂已被用于与MCT形成纳米乳液，这些纳米乳液在化妆品、制药或食品领域具有应用价值。观察到，在表面活性剂与油的比例（SOR）< 1:10且pH值不超过4或离子强度不超过200 mM NaCl的情况下，可以形成直径小于150纳米的较小滴粒，并且稳定性良好[78]。但在这两种情况下，稳定性会显著降低，因为纳米乳液的静电稳定作用分别由于中和或屏蔽而消失。在一项较新的研究中，使用鼠李糖脂和玉米油通过高压均质化制备了含有姜黄素的纳米乳液，得到的滴粒平均直径为144纳米。在这项研究中，将纳米乳化效果直接与使用大豆卵磷脂或Tween 80作为表面活性剂的情况进行了比较。对于这两种情况，形成的滴粒都较大，且卵磷脂形成的滴粒更加多分散。对这些纳米乳液进行了体外消化实验，结果显示卵磷脂的生物利用度最高，其次是鼠李糖脂，然后是Tween 80，其中鼠李糖脂作为唯一的表面活性剂还表现出细胞毒性效应[79]。这些发现表明，表面活性剂的选择对纳米乳液性能有显著影响，这与滴粒大小关系不大。

最近，不同的鼠李糖脂被作为更环保的替代品用于自由基纳米乳液聚合[80]。在这项研究中，使用甲基丙烯酸甲酯（MMA）作为单体，并比较了不同鼠李糖脂与SDS（一种经典的乳液聚合表面活性剂）和CTAB的性能。乳化使用高剪切混合装置进行。表面活性剂浓度始终选择为临界胶束浓度（cmc）的80%或100%，以避免经典乳液聚合机制。实验表明，SDS的单体转化速率远高于其他表面活性剂，因此形成的聚合物胶束直径更大（540-570纳米），而使用鼠李糖脂形成的聚合物胶束直径为67纳米[80]。因此，鼠李糖脂原则上可以用于此过程，但会显著改变纳米乳液聚合的过程并影响形成的聚合物胶束的大小。

一项系统研究[81]比较了微生物来源的鼠李糖脂和表面活性剂（一种具有抗菌特性的环状脂肽）以及纯表面活性剂及其混合物形成纳米乳液的能力。选择椰子油作为油相，并通过超声处理从预形成的乳液中制备纳米乳液。当然，不同表面活性剂的分子结构差异很大（见图2），以及它们在两亲界面处的偏好曲率也不同。形成的纳米乳液滴粒直径在150至190纳米之间，多分散指数（PDI）在0.16至0.23之间，其中表面活性剂和皂苷的25:75和50:50混合物以及鼠李糖脂和皂苷的50:50混合物无法形成稳定的纳米乳液（其他混合物在28天的观察期内稳定）。总体而言，含有皂苷的配方表现出较低的动态稳定性。显然，在这些混合物中观察到了某种拮抗效应。图6展示了不同表面活性剂混合物在纳米乳液滴表面排列的分子基础上的解释。抗菌研究表明，纯表面活性剂的效果较为明显，而在混合物中这种效应减弱或几乎消失[81]。这意味着在这里也观察到了拮抗效应。

**增强采油率（EOR）**
生物表面活性剂在增强采油率（EOR）的应用中越来越受到关注。在这种应用中，所使用的表面活性剂会大量暴露在环境中，因此不可避免地会释放到自然界中，因此使用高度环保的表面活性剂至关重要。例如，使用鼠李糖脂与轻质和重质原油形成了纳米乳液。经过搅拌和超声处理后，观察到的纳米乳液滴粒直径小于200纳米，并且随着鼠李糖脂浓度的增加而变小。形成的纳米乳液非常稳定（超过一个月），但在降低pH值时会发生快速脱乳[82]，这是由于表面活性剂的中和导致静电稳定作用丧失。当然，在EOR应用中，能够有效切换到脱乳状态是一个重要特性。

在EOR领域中，基于皂苷的天然表面活性剂（其糖苷单元和亲水头基团的糖基团数量不同）的研究更为广泛[83]。许多皂苷被发现能够很好地应对恶劣的储层条件，例如表现出良好的热稳定性，并能显著降低界面张力（尽管没有达到微乳液的超低IFT）。特别是低IFT通常是形成纳米乳液的良好前提[84]。对于鼠李糖脂，可以得出结论，它们在乳化方面表现良好，但其实际应用可能仅限于那些对长期化学稳定性要求不高的情况（如EOR），或者通过添加防腐剂来实现稳定性。

**表面活性素**
另一种生物来源的表面活性剂是脂肽表面活性素（见图2h），其亲水部分为环状七氨基酸。它由微生物产生，具有抗菌和抗真菌作用[85]。表面活性素已被用于将植物精油（姜黄油/薰衣草油50/50）与椰子油乳化。通过超声处理获得纳米乳液，并通过统计实验优化了粒径、多分散性和稳定性等参数。在油/表面活性剂重量比为7.4:1且超声处理时间为4.5分钟时，获得了最佳结果，制备出的滴粒直径为170纳米，并且在200天内没有出现分层现象。这种纳米乳液具有抗氧化特性，并对金黄色葡萄球菌具有抗菌效果，从而证明这种生物表面活性剂在护肤应用中非常有趣[86]。有趣的是，这种纳米乳液具有较好的耐盐性，在NaCl浓度高达125克/升（215毫摩尔/升）的情况下仍能保持胶体稳定性，其原因可能是其高度负的ζ电位为-56毫伏。对于基于皂苷的系统，当使用椰子油、橄榄油或蓖麻油，并添加维生素C和A时，也观察到了非常稳定的纳米乳液（稳定性超过了2年）。椰子油和橄榄油的滴粒直径为200纳米，而蓖麻油的滴粒直径为250纳米。显然，油在这里起了一定作用，这种差异可能是因为蓖麻油中的主要脂肪酸是含有羟基的蓖麻油酸，而其他两种油则含有普通的饱和和不饱和脂肪酸。所有负载的纳米乳液都对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌表现出显著的抗菌活性[87]。

sophorolipids（槐糖脂）是由酵母产生的糖脂，通常含有一个疏水的C16或C18脂肪酸和一个亲水的槐糖基团（见图2f）。根据pH值和合成条件，它们可以以酸性或内酯形式存在。槐糖脂具有良好的生物降解性和较低的毒性[88]。早前已有研究使用槐糖脂与米糠和大豆油以1:1的比例通过高压微流化器制备纳米乳液，在pH 5.8和7.0时，所得纳米乳液的平均直径为300-400纳米；而在pH 7.2时，滴粒直径显著减小至250-270纳米。同样使用Tween 20制备的纳米乳液虽然半径稍小，但没有pH依赖性，两种表面活性剂的储存稳定性相似[89]。最近还有报道指出，通过简单的涡旋（自发乳化）方法使用丁香酚也能制备出直径为150纳米的纳米乳液，但在NaCl浓度高于10毫摩尔/升时，这些纳米乳液会迅速变得不稳定并形成微米级的乳滴。如前所述，丁香酚是一种极性很强的化合物，其辅助表面活性剂的特性有助于乳化过程。此外，这些纳米乳液对革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性枯草芽孢杆菌具有显著的抗菌效果[90]。

表2总结了不同生物来源表面活性剂的研究工作。由于这些表面活性剂具有多种分子结构，因此无法给出统一结论，但可以观察到以下几种类型表面活性剂的明显趋势：磷脂、皂苷、鼠李糖脂、皂苷素和槐糖脂。

表2. 用于成功制备纳米乳液的生物来源生物表面活性剂
| 表面活性剂类别 | 表面活性剂类型 | 系统参考 |
|------------|------------|-------------------------|
| 磷脂 | POPCMCT55 | 大豆卵磷脂、椰子油和番茄红素 |
| | 57 | 大豆卵磷脂、MCT和四氢姜黄素 |
| | 58 | Lipoid S75、葵花籽油或亚麻籽油和姜黄素 |
| | 59 | Lipoid S75、荷荷巴油、MCT或富含桦木素的桦木提取物及纯化的云杉香脂 |
| | 60 | 大豆卵磷脂、菜籽油和yakuchinone B |
| | 61 | 磷虾磷脂或大豆磷脂酰胆碱 |
| | 62 | 皂苷素、高油酸葵花籽油、三辛酸甘油酯或肉桂醛和百里酚 |
| | 71 | 茶（Camellia sinensis）皂苷素、大豆油和肉桂醛 |
| | 72 | 茶皂苷素、MCT和水飞蓟素 |
| | 73 | Quillaja皂苷素和Tribulus terrestris皂苷 |
| | 60 | 甜杏仁油和维生素E |
| | 74 | Quillaja皂苷素和茶皂苷素 |
| | Migylol 812 | 75 |
| 微生物糖脂 | 鼠李糖脂 | MCT |
| | 78 | 不同种类的鼠李糖脂 |
| | MMA | 80 |
| | 鼠李糖脂 | 轻质或重质 crude 矿物油 |
| | 82 | 槐糖脂 | 米糠和大豆油 |
| | 89 | 槐糖脂 |
| | 丁香酚 | 90 |

**使用低能量PIC和PIT方法制备纳米乳液**
在上述几乎所有案例中，纳米乳液都是通过高压均质化（HPH）或超声处理制备的。然而，在最后一个槐糖脂纳米乳液的案例中[90]，简单的涡旋就足以产生纳米乳液；在之前的案例中，使用Tween表面活性剂时，低能量输入也足以制备纳米乳液[23]、[28]。因此，也可以通过低能量输入的PIC和PIT方法自发地或人工地制备纳米乳液，这些方法已广泛应用于多种传统表面活性剂[15]、[16]，并且可以使用生物表面活性剂作为稳定剂。需要注意的是，对于低能量方法，滴粒大小受过程能量输入的影响较小，主要取决于初始系统的组成和纳米乳液的形成途径，尤其是PIC方法，这很大程度上取决于油/表面活性剂系统的具体组成[91]。这与高能量方法不同，在高能量方法中，滴粒大小主要受能量输入控制，而与乳化系统的关系较小。

在一个例子中，使用D相乳化方法成功制备了纳米乳液，这是PIC方法的一种变体。在制备过程中，首先在多元醇（通常是甘油）中形成浓缩的表面活性剂溶液，其中可能已经含有少量水，或者随后加入水。这个相可能包含一个层状结构；对于聚乙二醇单油基醚（Oleth-20）在甘油中的情况，SAXS实验中的相关峰较弱[92]，这是因为表面活性剂不带电，因此排斥作用较弱。随后加入橄榄油和额外的水，并在常规搅拌条件下进行混合，可以形成直径为35-45纳米的稳定纳米乳液。通过统计分析这些参数的变化，优化了橄榄油和甘油的浓度以及搅拌速度[92]。在最近的一项研究中，使用皂苷作为表面活性剂，在80°C下将其溶解在甘油中，然后在50°C下加入戊四醇己酸酯作为油，再用水稀释至最终组成。整个过程中仅使用常规搅拌，获得了直径约为100纳米的纳米乳液（使用MCT作为油时，滴粒稍大；而使用异壬基异壬酸酯时，滴粒直径约为170纳米）。这些纳米乳液还负载了视黄酸丙酸酯，不仅胶体稳定性好，而且具有良好的皮肤渗透性和显著的释放增强效果[93]。

当然，也可以使用经典的PIC方法，例如将Terminalia catappa Linn的果实提取物（具有抗氧化性和α-淀粉酶失活作用）溶解在乙基己基椰子油中，初始配方中包含Tween 80、油和少量水，然后用水稀释。这个过程相当于PIC方法，也可以视为一种自发乳化。观察到的滴粒直径为40-70纳米，随着表面活性剂含量的减少，滴粒变大；但需要注意的是，作者使用了过量的表面活性剂（约为油相的3倍，SOR = 3），并且在制备后几天内观察到明显的滴粒增长[94]。Tween 80与Span 80混合也用于分散姜黄提取物和椰子油的混合物，通过自发乳化得到直径为55-110纳米的滴粒（具体取决于表面活性剂的组成），其中较大的滴粒在离心作用下不稳定。同样需要较多的表面活性剂（SOR > 1），但这些纳米乳液具有生物活性，可作为化妆品的基础[95]。

较少使用的是PIT方法，该方法利用温度变化诱导表面活性剂的自组装和随后的相转变来形成纳米乳液。然而，PIT方法要求表面活性剂具有明显的温度依赖性自组装行为，这通常适用于亲水头基中含有环氧乙烷基团的非离子表面活性剂。尽管应用较少，但PIT方法已在肉桂油与MCT（两种油的混合比例可调）以及Tween 80作为表面活性剂的系统中制备出稳定的纳米乳液[96]。样品在PIT温度以上15°C制备，然后降温至PIT温度，接着快速冷却并用冰冷水稀释。有趣的是，这种方法对纯油效果不佳，但对于肉桂油与MCT的40:60重量比，油的组成对系统的形成和稳定性至关重要（主要是肉桂油中某些成分的辅助表面活性剂特性）。这些乳液的滴粒直径约为100纳米，至少一个月内保持稳定[96]。在一项更复杂的研究中，通过Box-Behnken实验设计优化了Span 80、Tween 80和Quillaja皂苷的三元表面活性剂混合物，以获得最小的颗粒大小和PDI以及最大的ζ电位。这样制备的葡萄籽油和迷迭香精油的纳米乳液，滴粒直径为110纳米，PDI为0.124，ζ电位为0.19毫伏，在pH 5-7和NaCl浓度高达150毫摩尔/升的范围内保持胶体稳定。有趣的是，与未乳化的油相比，这种纳米乳液的抗氧化活性提高了20多倍[97]，这表明有效的界面扩大了对抗氧化活性的增强作用。

PIT方法还用于提高难溶性生物活性物质（如姜黄素）的释放和生物利用度[98]。在这项研究中，使用聚氧基40氢化蓖麻油和大豆磷脂制备了负载姜黄素的椰子油纳米乳液。系统在搅拌下加热至90°C，然后经过三个温度循环（90–60-90–60-90–75°C），最后冷却以实现相转变。该系统可以调节滴粒大小在30至130纳米之间，并具有良好的静电稳定性（ζ电位为-26毫伏）。研究表明，与未乳化的形式相比，姜黄素的光稳定性和抗氧化活性得到了增强。在模拟胃、肠道和生理条件下的孵育后，封装的姜黄素显示出更高的生物可利用性和吸收率。

对于低能量方法，它们的优点在于过程简单，且通常在温和的条件下进行，便于制备敏感成分。另一方面，其配方要求较高，因为必须仔细选择油和表面活性剂（以及可能的辅助表面活性剂）的成分，以促进自发乳化过程的发生。

**结论与展望**
纳米乳液是特别小的乳滴，直径通常在50-400纳米范围内。与所有乳液一样，它们在热力学上是不稳定的，但由于沉降速度低，这些小尺寸的乳液在动力学上相对稳定，几乎不会发生分层。这种稳定性加上相对较大的界面面积，使得纳米乳液能够有效地快速释放活性成分，因此适用于广泛的潜在应用。另一方面，纳米乳液的大界面面积可能会使分散相更多地暴露在连续相环境中，这可能对敏感生物活性物质的保存不利。然而，也有研究表明，与非纳米乳化系统相比，纳米乳液中的生物活性物质得到了更好的保护。这归因于界面层的组成，值得进一步研究。然而，较大的界面面积也意味着通常需要使用相当大量的表面活性剂。因此，表面活性剂的毒性可能成为一个问题，所以在过去几年中，使用生物表面活性剂制备纳米乳液成为了研究非常活跃的课题。需要注意的是，这里重要的是表面活性剂的生物相容性，而不是其生物来源。不过，总体目标始终是优化纳米乳液配方，以减少表面活性剂的使用量，即降低表面活性剂的使用比率（SOR）。另一个重要问题是生物表面活性剂的规模化生产可行性，因为虽然某些生物表面活性剂在实验室中表现良好，但在许多实际应用中需要大量使用，这就要求能够以经济高效的方式实现这些生物表面活性剂的大规模生产。

当然，随之而来的挑战是确定哪种生物表面活性剂适合用于纳米乳液的良好形成，以及应采用什么样的制备方法。这很大程度上取决于要乳化的油的类型以及需要配制的活性成分的性质。通常，油和活性化合物本身也具有两亲性，这取决于它们的极性和所含的功能基团。在这种情况下，它们可以作为辅助表面活性剂，影响纳米乳液的形成过程和稳定性，并总体上促进乳化过程。

到目前为止，主要采用传统的纳米乳液制备方法，如高压均质化和超声处理，因为这些方法在配方科学中已经得到了广泛应用。对于这些方法，形成的纳米乳液滴的大小通常由能量输入和所使用的均质化方法决定，而与表面活性剂和油的选择关系不大。对于任何类型的配方来说，界面张力（IFT）值都很重要，因为油相和水相之间的低界面张力可以通过减少破坏界面所需的能量来促进乳化过程，或者用相同的能量产生更小的液滴。此外，低界面张力还可以降低液滴聚并的热力学驱动力。未来，值得关注的是采用低能耗的方法（如PIT和PIC）来制备纳米乳液，这不仅能够实现不同的配方，还能实现即时制备纳米乳液的需求，例如在制药应用或其他输送系统中。这样可能会开辟新的应用领域，其中新鲜制备的纳米乳液具有优势。

对于许多实际应用来说，胶体稳定性（保质期）至关重要，因为纳米乳液本质上是不稳定的，因此需要提供动力学稳定性。由于大多数纳米乳液的抗凝聚和抗絮凝稳定性依赖于静电排斥作用，添加盐分通常会导致稳定性下降，因此对于食品、制药或增强型石油回收等应用来说，盐的敏感性成为一个重要问题（因为在这些应用中可能会遇到较高的盐浓度）。因此，纳米乳液表面的高电荷密度（ζ电位）是有益的，同时离子头基团的精确结构也很重要，以减少反离子与其的静电结合。另一种提高胶体稳定性的方法是加入空间稳定剂。在本文讨论的系统中，主要是含有寡聚环氧乙烷头基团的Tween表面活性剂。

就我们目前对用于制备纳米乳液的生物表面活性剂类型的了解而言，已经有很多关于环保型合成Tween和Span的研究。研究表明，亲脂性Span（高堆积参数）和亲水性Tween（低堆积参数）的正确组合可以在不同类型的油和生物活性化合物的纳米乳液稳定中发挥良好的协同作用，并且可以通过使用不同的高能或低能乳化方法来实现这一效果。另一方面，关于使用生物来源的生物表面活性剂来稳定纳米乳液的研究较少，由于这些表面活性剂的复杂结构以及（在某些情况下）不纯的性质，加上最近才开始的研究，我们对其作用和潜力了解有限，除了长期使用的磷脂之外。磷脂特别是与合成表面活性剂结合使用时，可以成为制备O/W纳米乳液的理想乳化剂，从而实现低堆积参数和高堆积参数的结合。这种提供两亲膜中间优选曲率的概念似乎能够产生协同效应，从而有利于使用相应的表面活性剂混合物。此外，现在可以通过生物技术或传统的提取工艺获得微生物和植物来源的表面活性剂，这些表面活性剂为制备纳米乳液提供了有前景的选择，例如鼠李糖脂、皂苷和槐糖脂。

在成分方面，除了乳化剂的选择外，分散油的组成也在这些系统的形成和稳定性中起着重要作用，尽管相关研究中对此讨论较少。这是因为油的组成决定了其与界面层的相互作用（例如传统的十六烷油与MCT油），以及是否含有可以掺入两亲层的潜在化合物（例如含有表面活性化合物肉桂醛[44]、丁香酚[53]的精油，或含有磷脂的海洋油[62]）。此外，水相的组成也很重要。目前主要研究了添加盐分对静电稳定系统的影响，这对某些应用（如食品，但不包括营养保健品或化妆品）可能非常重要，因此需要加以考虑。另外，在连续相的组成方面，研究表明添加增加水相粘度的水胶体可以通过降低液滴移动性来提高稳定性。然而，水胶体与界面层的相互作用尚未得到充分研究，这是未来需要进一步探索的领域，因为这些系统在日常应用（如食品和化妆品）中的需求将越来越多。

由于纳米乳液的配方和稳定性取决于许多参数（包括不同成分的不同浓度、制备参数等，见图7），因此通常通过统计优化方法来优化稳定性、尺寸参数以及所需的表面活性剂量。可以预见，这种方法在未来将得到更广泛的应用，包括更多地利用机器学习技术，以更准确地了解配方中各种参数对纳米乳液性能的影响。这将带来改进的纳米乳液配方，并显著扩展其应用范围。

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图7. 不同参数如何控制纳米乳液的尺寸和稳定性及其在各种制备方法中的相对重要性的示意图。箭头的粗细表示效果的重要性。

总的来说，迄今为止已经有很多关于使用生物表面活性剂制备纳米乳液的研究。然而，仍有很大的研究空间，特别是对于尚未得到充分研究的生物来源表面活性剂，以及通过更好地理解和应用控制纳米乳液滴形成过程的原理来优化纳米乳液的性能和抗老化能力。