《Journal of Colloid and Interface Science》：Design and mechanistic insights of diacylglycerol-based microemulsions for enhanced transdermal delivery: experimental optimization and molecular dynamics simulation
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基于二酰甘油（DAG）的微乳体系设计及其透皮递送机制研究。通过伪三元相图和D-最优混合设计确定最佳配方（DAG油6.23%，RH-40 21.41%，1,3-丙二醇18.09%，水54.27%），形成透明稳定的纳米微乳（粒径24.43 nm）。分子动力学模拟表明DAG通过两亲结构稳定油水界面，优于三酰甘油（TAG）。体外实验显示透皮渗透率提升2.5倍，真皮滞留率增加近3倍，激光共聚焦成像证实完整跨皮递送。DAG的 amphiphilic 特性为绿色安全的透皮递送载体开发提供新策略。
邹硕|艾洪增|谢鹏凯|李怡颖|黄颖|裴洪祥|徐明晨|王勇|张振
武汉工业大学食品科学与工程学院，中国武汉430023
摘要
本研究设计并优化了一种基于二酰基甘油（DAG）的微乳液系统，以实现高效的经皮给药。通过伪三元相图和D-最优混合设计，确定了最佳配方（6.23% DAG油、21.41% RH-40、18.09% 1,3-丙二醇和54.27% 水），制备出了透明且稳定的微乳液，其滴粒大小为24.43纳米，并具有无限的稀释能力。DAG的两亲性结构扩大了单相微乳液区域，降低了表面活性剂的需求。物理化学评估表明，该微乳液在离心、热应力及长期储存条件下均表现出优异的稳定性。分子动力学模拟显示，DAG分子在油水界面稳定了滴粒，而三酰基甘油则导致滴粒失稳并分散，这突显了DAG的结构优势。这些纳米级特性带来了卓越的给药性能：体外研究表明，与油溶液相比，基于DAG的微乳液可使药物经皮渗透率提高2.50倍，皮肤滞留量增加近3.0倍。共聚焦成像进一步证实了滴粒能够完整地穿透皮肤各层。本工作强调了DAG在稳定微乳液和促进脂溶性活性物质经皮传递方面的两亲性优势，为安全、高效且低表面活性剂的给药平台提供了新的途径。
引言
纳米技术在生物医学应用中展现出巨大潜力，尤其是在提高药物溶解度、生物利用度、稳定性和控释方面[[1], [2], [3], [4]]。在纳米载体系统中，微乳液因其热力学稳定性、纳米级滴粒大小、光学透明性和高溶解能力而受到广泛关注[[5]]。微乳液通常由油相、水相、表面活性剂和助表面活性剂组成，滴粒大小在10–100纳米之间[[6]]。与传统乳液不同，微乳液无需高剪切力即可自发形成各向同性的热力学稳定体系，并且在离心作用下仍能抵抗相分离[[7,8]]。
微乳液增强皮肤渗透的能力受其组成、微观结构和药物分布的影响[[9]]。表面活性剂可以破坏角质层脂质，增加药物在皮肤中的分配，从而提高渗透率[[10]]。研究表明，微乳液有助于促进亲水性和亲脂性药物穿过皮肤屏障[[11], [12], [13]]。此外，它们还能保护药物免受光、pH值或温度的影响，从而提高稳定性和皮肤沉积效果[[14], [15], [16]]。
尽管具有这些优势，实际应用中仍存在挑战。微乳液的形成通常需要高浓度的表面活性剂和助表面活性剂，这增加了皮肤刺激的风险，并对长期使用带来安全顾虑[[17], [18], [19]]。此外，大多数报道的配方使用矿物油或合成酯作为油相，这些成分缺乏生物降解性，与绿色化学和可持续发展的原则相悖。因此，迫切需要探索生物相容性高、低刺激性和环保的油相，以实现安全、高效的经皮给药。
二酰基甘油（DAG）是一种天然存在的结构脂质，由甘油与两种脂肪酸酯化而成，具有优异的生物相容性和界面活性，应用于制药、食品、化妆品和化工行业[[20]]。DAG的两亲性质（由两条疏水性脂肪酸链和一个亲水性羟基组成）使其在界面行为上具有独特性。在经皮给药中，与三酰基甘油相比，DAG与表面活性剂的相互作用更为有效，能够形成热力学稳定的微乳液，从而更好地控制滴粒大小和渗透效率[[21]]。
尽管已有报道表明DAG可作为微乳液油相，但其形成过程中的分子机制仍不甚明了。特别是其界面行为、自组装动力学以及与表面活性剂的协同作用尚未得到系统阐释。为此，本研究旨在：（i）利用D-最优混合设计优化基于DAG的微乳液配方，并表征其物理化学和界面性质；（ii）评估其经皮给药性能和结构稳定性；（iii）通过分子动力学（MD）模拟阐明DAG介导的自组装和界面调控的纳米级机制。总体而言，本研究为绿色、安全和功能性微乳液载体的合理设计提供了理论基础，也为脂质基经皮给药系统的发展提供了新的视角。
材料
材料
Candida antarctica脂肪酶B（Novozyme 435）购自诺维信公司（丹麦Bagsvard）。油酸和甘油购自J&K Chemical有限公司（北京）。二油精（diolein）购自Nu-Chek Prep（美国明尼苏达州，纯度>99%）。富含生育三烯酚的组分（TRF）由ExcelVit有限公司（马来西亚Perak）提供。α-、β-、γ-和δ-生育酚及生育三烯酚的分析标准品购自Aladdin公司（上海）。
DAG的合成与表征
为了获得用于微乳液配方的结构明确的DAG，通过使用Novozym 435作为催化剂，通过酶促酯化反应将甘油和油酸合成二油精，随后进行两步分子蒸馏。纯化前，产物中含有14.34±0.75%的游离脂肪酸、35.85±3.21%的MAG、33.45±2.94%的DAG和16.36±0.94%的TAG。纯化后，DAG含量达到86.01±1.92%，TAG残留量为13.99±1.08%，表明DAG被有效去除。
结论
本研究提供了基于DAG的微乳液良好稳定性和给药性能的机制和实验证据。分子动力学模拟显示，DAG分子在油水界面自组装成结构完整的滴粒，而TAG簇则迅速失稳并分散到油相中。这些纳米级行为直接体现在宏观性能的提升上，表现为经皮渗透率的显著改善。
使用的缩写
| DAG | 二酰基甘油 |
| MD | 分子动力学 |
| APG0810 | 烷基聚糖 |
| GMO | 甘油单油酸酯 |
| TRF | 富含生育三烯酚的组分 |
| FFA | 游离脂肪酸 |
| MAG | 单酰基甘油 |
| TAG | 三酰基甘油 |
| DAG/ME | 基于DAG的微乳液 |
| GC | 气相色谱 |
| PDI | 多分散指数 |
| TEM | 透射电子显微镜 |
| HPLC | 高效液相色谱 |
| TRF-DAG/ME |
| 负载TRF的基于DAG的微乳液 |
| CLSM | 共聚焦激光扫描显微镜 |
CRediT作者贡献声明
邹硕：撰写初稿、数据可视化、方法设计。艾洪增：软件开发、数据管理。谢鹏凯：方法设计、数据管理。李怡颖：数据可视化。黄颖：软件应用、概念构建。裴洪祥：数据可视化。徐明晨：数据分析、软件应用、数据可视化。王勇：结果验证、数据管理。张振：撰写终稿、审稿与编辑、资源协调。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号2024YFE0214900）、广州市科学技术局（项目编号2024A04J3254）、国家自然科学基金（项目编号32272341）、中国国家重点研发计划（项目编号2023YFD2100401）、湖北脂质化学与营养重点实验室开放项目（项目编号202401）、以及食用油品质与安全重点实验室开放研究基金的资助。
