pH响应性半胱氨酸-精氨酸协同修饰壳聚糖水凝胶：维生素B12控释体系的多功能生物效应研究

本文创新性地构建了基于壳聚糖(CS)的动态交联水凝胶(CDA)，通过双功能聚乙二醇(DFPEG)交联和半胱氨酸(Cys)/精氨酸(Arg)功能化修饰，开发出具有pH响应性的维生素B12(VB12)递送系统。研究证实该体系具有94.45%的载药效率、99.45%的胃酸环境(pH 1.2)释放率，抗菌率提升至98.88%(金黄色葡萄球菌)和92.15%(大肠杆菌)，DPPH自由基清除率达79.23%，且293T细胞存活率>90%，在功能性食品和生物医药领域展现巨大潜力。

　　

Highlight

本研究通过双功能聚乙二醇(DFPEG)交联和半胱氨酸(Cys)/精氨酸(Arg)协同修饰壳聚糖(CS)，成功构建了具有pH响应特性的智能水凝胶(CDA)。该体系展现出卓越的三维网络结构，其动态希夫碱(Schiff base)交联机制赋予材料优异的pH敏感性和自修复特性。

Materials

实验采用分子量100kDa的壳聚糖(CS)作为基质，L-精氨酸(Arg)和L-半胱氨酸(Cys)作为功能单体，双醛基聚乙二醇(CHO-PEG-CHO)作为交联剂。通过核磁共振(¹H NMR)和傅里叶红外(FTIR)证实了亚胺键(C=N)的成功形成。

Gel formation and pH responsiveness

当DFPEG含量达到15wt%时(CDA3样品)，水凝胶在模拟胃肠环境中表现出智能响应行为：pH 1.2条件下24小时VB12释放率达99.45%，而在pH 7.4和6.8时分别为92.43%和81.30%，完美符合Fickian扩散模型。这种"环境感知-药物释放"特性使其成为理想的靶向递送载体。

Conclusion

该CDA水凝胶系统集成了多重优势：

1. 超高载药效率(94.45%)

2. 精准pH响应释放

3. 强化抗菌性能(对金黄色葡萄球菌抑菌率98.88%)

4. 提升抗氧化能力(DPPH清除率79.23%)

5. 优异生物相容性(细胞存活率>90%)

   为功能性食品开发和药物控释提供了创新解决方案。