DOI: 10.1039/d0bm02205e

封装技术是将活细菌安全地输送到肠道中以调节人体功能和健康的关键。本研究开发了藻酸盐基纳米纤维，作为一种潜在的生物相容性、可食用益生菌输送系统。通过系统地研究生物聚合物藻酸盐（SA）、载体聚合物聚环氧乙烷（PEO）和FDA批准的表面活性剂聚山梨酯80（PS80）三种成分的比例，优化了前体溶液的表面张力和电导率，通过静电纺丝法制备出平均直径为167±23nm的无珠纤维。接下来，在优化的前体溶液（SA/PEO/PS80的2.8/1.2/3wt％）中负载大肠杆菌（E.coli，108CFU/mL），作为模型细菌。经测定，前体溶液中的细菌经静电纺丝过程中使用的典型电场（约1kV/cm）后仍能存活，这是因为微生物被封装在聚合物纳米纤维中。在静电纺丝负载大肠杆菌的溶液后，最初观察到的珠子比大肠杆菌小得多。针对添加的细菌，将SA/PEO/PS80的重量比重新优化为2.5/1.5/3。如使用荧光和扫描电子显微镜所证实的那样，在活微生物周围形成了带有凸起的光滑纤维。通过溶解和镀覆纳米纤维，研究者发现藻酸盐基纤维中含有2.74×105CFU/g的活大肠杆菌细胞。这项工作证明了静电纺丝可以将活细菌包裹在藻酸盐基纳米纤维中，从而将益生菌潜在地输送到肠道中。

图1.聚合物溶液的电导率（蓝色，左轴）和表面张力（粉红色，右轴）。误差棒表示标准误差，**p<0.1，***p<0.01表示样品间的显著性水平。

图2.由SA/PEO（2.8/1.2wt％）溶液（a）不添加任何表面活性剂以及含（b）0.5wt％，（c）1wt％和（d）3wt％PS80静电纺丝制备的纤维的扫描电子显微照片。比例尺为1µm。

图3.聚山梨酯80（PS80）浓度不同的2.8/1.2wt％SA/PEO溶液的电导率（蓝色，左轴）和表面张力（粉红色，右轴）。误差线表示标准误差，*p<0.5，**p<0.1，***表p<0.01表示样品间的显著性水平。

图4.SA/PEO/PS80电纺纳米纤维（黑色）的FTIR光谱，以及SA/PEO/PS80（黑色），PS80（粉红色），PEO（蓝色）和SA（绿色）的对照光谱。虚线对应于SA/PEO/PS80纳米纤维光谱的特征峰。

图5.通过静电纺丝含108CFU/mL大肠杆菌的（a）2.8/1.2/3wt％，（b）2.8/1.2/5wt％和（c）2.5/1.5/3wt％SA/PEO/PS80前体溶液制备的纤维的扫描电子显微照片。比例尺为1µm。

图6.有无细菌的前体溶液的电导率（蓝色，左轴）和表面张力（粉色，右轴）。误差线表示标准误差，而一个星号（*）表示p<0.5。

图7.（a）在藻酸盐基纤维中产生GFP的大肠杆菌的荧光显微照片和（b）扫描电子显微照片。箭头指示大肠杆菌细胞的位置。纳米纤维是通过静电纺丝含108CFU/mL细菌的2.5/1.5/3wt％SA/PEO/PS80溶液制备而成的。

图8.静电纺丝前后前体溶液中的细菌含量，以及静电纺丝含108CFU/mL大肠杆菌的2.5/1.5/3wt％SA/PEO/PS80溶液制备的纤维垫中的细菌含量。误差线表示标准误差，ns表示无显著性。