一、研究背景

生物活性化合物（生物活性）的整体治疗效果不仅仅与它们的体外效力有关。在生理条件下，生物活性物质面临生物障碍，如不溶性、聚集和降解，威胁到它们的治疗特性。此外，一种生物活性物质的效力会受到各种压力（如压力、热量、湿度和pH值）的严重降低，这可能发生在体外和体内（在储存、给药或体循环期间）。

为了解决这些瓶颈，各种各样的运载系统已经被设计出来。高效载体可以促进不同生物活性物质的稳定性、效力、生物可及性、生物利用度、耐受性和安全性。因此，它们可以提供比许多裸生物活性更突出的优势，甚至可以促进生物活性的应用，否则由于低（生物）稳定性/生物利用度而无法实现。因此，载体系统的适当设计和配方通常与生物活性本身一样重要，必须认真考虑。

在设计载流子系统的各种策略中，独特的是静电纺丝（缩写为“E-spin”），这是一种将静电力应用于聚合物溶液以设计纳米至微米直径纤维的纤维结构的方法。电纺纤维（EFs）的物理特性是非常可调的，使其具有装载多种生物活性物质的优越能力。可以通过修改电子自旋过程的不同方面来调整电场的密度、直径和排列，例如，收集板的设计或旋转速度、电场强度、溶剂或/和聚合物的类型、从喷丝器流出的溶液的流速以及喷丝器到收集器的距离。

这一领域取得进展的关键之一在于功能性电场的工程化，使其能够与生物环境相互作用或在生物环境中相互作用。这种配方可以直接来自大自然，也可以在实验室中使用人造合成聚合物设计。然而，尽管合成聚合物具有多样性和巨大潜力，但它们的应用受到诸如生物可吸收性和生物相容性/生物可降解性等问题的限制。

从大自然的工具箱中获得灵感，天然聚合物已经有很长的历史，并成为食品/生物医学工程中此类应用的可行替代品。在众多受自然启发的聚合物中，由短肽基序串联重复组成的蛋白质作为一种无与伦比的生物材料脱颖而出。蛋白质基质在分子水平上具有固有的生物化学和生物物理特性（如良好的生物相容性、缺乏/最小的免疫原性和易于功能化），被发现是设计用于生物活性递送的EFs的合适架构。这些特性可以调节蛋白质基质的功能，从而产生各种EF行为，例如，生物活性负载、释放特性和降解速率。蛋白质载体可以生物降解为氨基酸，没有毒性/酸性降解产物。此外，在某些情况下，可以控制降解率以匹配交付应用。

本文的结构如下：首先，我们概述了电子自旋技术，包括工艺参数，各种生物活性加载和释放动力学方法，以及电子自旋聚合物。接下来，我们介绍了蛋白质作为e -自旋的可生物降解/生物相容性构建块，并总结了蛋白质EFs的属性，这些属性在生物活性传递中特别重要。我们还强调了蛋白质EFs的特性，这些特性已经证明或预计会证明在装载和控制释放各种生物活性方面具有潜力。最后，我们对这一领域当前的局限性和未来的发展方向提出了自己的看法。希望本文的综述能使读者对蛋白质的活性纤维有更深入的了解，并激发研究人员的兴趣，进一步探索更多有效的新型活性纤维在食品和生物医学领域的广泛应用。

二、摘要

通过静电纺丝设备制备的电纺纤维（EFs）因其出色的结构和理化特性，已成为具有广泛研究/商业应用前景的一维材料。合成或天然前体聚合物可用于设计 EF，作为生物活性化合物的载体。对于工程食品系统而言，利用具有无毒性、无免疫原性、生物相容性、缓慢/可控的生物降解性和结构完整性等特点的聚合物至关重要。蛋白质基生物材料的独特属性赋予了 EFs 多种多样的理想特性，以满足高级食品/生物医学应用的要求。在这篇综述论文中，在概述了电纺丝之后，将重点介绍不同的蛋白质材料（植物和动物基）作为可生物降解/生物兼容的构建模块，用于设计 EF。文章还将总结基于蛋白质的 EF 在装载生物活性化合物方面的潜在应用，以激发学术界和工业界的兴趣。最后，本综述还将讨论使用蛋白质 EFs 开发生物活性载体所面临的挑战。

三、结论

自然界中蛋白质的高通用性是突出的。由于不同的蛋白质结构对特定应用具有很大的可调性，因此由蛋白质设计的EFs可以应用于食品包装，伤口敷料，更重要的是生物活性输送等无数学科，这并不奇怪。利用基于蛋白质的生物聚合物和有前途的封装方法，如E-spin，为食品科学和技术领域的创新开辟了道路。蛋白质EFs是装载和封装生物活性物质的非常合适的候选者，这要归功于它们比各种合成聚合物具有可生物降解和生物相容性以及可持续来源的优越属性。电子自旋作为一种适应性最强的工程技术，可应用于多种蛋白基电子自旋包封技术，以结合蛋白质的固有属性来包封和装载生物活性物质。许多研究表明，蛋白基EFs促进了生物活性物质的生物稳定性、物理化学特性和释放机制。考虑到这些特性，基于蛋白质的EFs在不久的将来可以提供食品/生物医学应用所需的一系列功能。通过改变/控制E-spin的一些重要参数，如蛋白质/生物活性浓度、进料聚合物溶液的粘度、静电场和环境湿度，可以实现生物活性结构的快速生长。尽管如此，需要进一步的体内研究来详细评估先前设计的基于蛋白质的EFs。此外，正如本文所述，一些生物活性负载蛋白EFs在体外得到了广泛的研究，我们认为是时候关注它们在体内的行为了。除了在食品和生物医学上的应用外，研究人员还将通过严格修改系统属性以匹配预期的组织/细胞来引入这些结构的进一步应用。为了提升这类建筑的特点，生物基材料和合成材料的结合以及EFs的表面装饰可能是另一个挑战。总之，重要的是，基于蛋白质的EFs作为生物活性的潜在载体将成为未来食品科学和工程的关键参与者。

图1.典型的电子自旋装置示意图(a)。电子自旋系统中常用的针型(b)和收集器(c)。e -自旋参数列表(d)和得到的典型纤维形态(e)。

图2.将生物活性剂装入EFs的常用方法。共混(a)，同轴(b)，乳化(c)，以及电喷涂/电子自旋(d)方法的组合。