本研究的主要作者为来自东华大学生物科学与医学工程学院的刘更新、王璐、张玲、杨婷婷、郭颖凡、张国立、聂华丽，以及来自广东技术师范大学智能制造学院的李娟和上海市徐汇区牙病防治所的乔璐。该研究成果于2025年5月在线发表于国际期刊《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》第253卷，论文题目为“用于递送护肤成分的快速溶解纳米纤维面膜”。
一、 学术背景
本研究属于生物材料、纳米技术与化妆品科学交叉领域。随着生活水平提高，护肤市场规模不断扩大，面膜作为一种高效的家用护肤品被广泛使用。传统面膜主要分为湿面膜和干面膜。湿面膜（预浸精华液）虽使用方便，但其湿润、高营养的环境易滋生微生物，需添加防腐剂，可能引发皮肤过敏和炎症。同时，其复杂的塑料或铝箔包装也带来了严重的环境污染和资源浪费问题。干面膜（仅含纤维基质）虽无需防腐剂，但需要用户自行配制营养液，存在使用不便、活性成分溶解和释放不一致等问题，影响用户体验和效果重现性。
针对上述挑战，本研究旨在开发一种创新型的快速溶解纳米纤维干面膜。该研究利用静电纺丝（Electrospinning）技术，以聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone, PVP）为基质，负载天然抗氧化活性成分姜黄素（Curcumin, Cur），构建一种无需防腐剂和添加剂、可快速溶解并高效释放活性成分的面膜载体系统。姜黄素是一种具有强效抗氧化、抗炎等多种生物活性的天然多酚，但其水溶性差、稳定性低，限制了其在化妆品中的应用。本研究的目标是：1）开发一种环保、快速溶解的纳米纤维面膜平台；2）利用PVP纳米纤维作为载体，增强姜黄素的稳定性和溶解性；3）评估该面膜的抗氧化性能、生物相容性及皮肤刺激性，验证其作为安全有效护肤替代品的潜力。
二、 详细研究流程
本研究包含多个系统的实验流程，旨在从材料制备、表征到功能及安全性进行全面评估。
1. 纳米纤维面膜的制备与表征： * 研究对象与样本制备： 研究制备了三种静电纺丝溶液：纯PVP溶液、PVP与维生素C（VC）混合溶液、PVP与姜黄素（Cur）混合溶液。使用静电纺丝装置（ET-1334D）在特定参数（流速1.5 mL/h，纺丝距离15.0 cm，电压12.0 ± 1.0 kV / 2.5 ± 0.5 kV）下进行纺丝，得到三种纳米纤维膜样品，分别标记为PVP、PVP-VC和PVP-Cur。 * 实验与方法： * 形貌与直径分析： 使用扫描电子显微镜（SEM）观察纳米纤维的表面形貌，并统计纤维直径分布。 * 化学结构分析： 使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析纯Cur、纯PVP以及PVP-Cur纳米纤维膜中的官能团，探究Cur与PVP之间的相互作用。 * 机械性能测试： 使用万能试验机测量纳米纤维膜的拉伸应力。 * 亲水性测试： 使用接触角测量仪评估纳米纤维膜表面的亲水性。 * 数据分析流程： 通过SEM图像测量并统计纤维平均直径。通过FTIR谱图的峰位偏移判断分子间氢键的形成。从应力-应变曲线中获取拉伸应力数据。
2. 功能性能评估： * 快速溶解能力测试： 将直径2.0 cm的圆形纳米纤维膜样品浸入去离子水中，使用智能手机记录宏观溶解过程，同时使用光学显微镜观察微观溶解行为。并与传统无纺布面膜进行对比。 * 抗氧化活性评估： 采用DPPH自由基清除实验。将1.0 mg各类型纳米纤维膜溶解于乙醇中，与DPPH乙醇溶液混合，避光反应30分钟后，使用紫外-可见分光光度计在517 nm波长下测量吸光度。以纯PVP膜为阴性对照，PVP-VC膜为阳性对照。根据公式计算自由基清除率。 * 透湿性测试： 依据ISO 2528:2017标准进行。将装有干燥CaCl₂的测试杯用纳米纤维膜封口，置于37°C、65%相对湿度的测试箱中。定期称重，根据重量变化、样品有效面积和作用时间计算透湿率。与市售面膜进行对比。 * pH兼容性测试： 将1.0 g纳米纤维膜样品溶解于10 mL去离子水中，20分钟后使用pH计测量溶液的pH值。
3. 生物相容性与安全性评估： * 细胞实验： * 研究对象与样本： 使用小鼠胚胎成纤维细胞（NIH-3T3）作为皮肤成纤维细胞模型。设置空白对照组（完全培养基）、PVP组、PVP-VC组和PVP-Cur组。 * 实验与方法： * 细胞增殖与毒性（CCK-8法）： 将细胞与不同纳米纤维膜浸提液共培养24、48、72小时，加入CCK-8试剂后，用酶标仪在450 nm波长下测量光密度（OD）值，计算细胞存活率。 * 活/死细胞染色： 共培养后，使用钙黄绿素-AM（标记活细胞，绿色荧光）和碘化丙啶（标记死细胞，红色荧光）对细胞进行染色，通过倒置荧光显微镜观察并拍照。 * 刺激性测试（HET-CAM法）： * 研究对象与样本： 使用10日龄鸡胚的绒毛尿囊膜（CAM）。测试样品为PVP、PVP-VC、PVP-Cur纳米纤维膜的浸提液。以0.9% NaCl溶液为阴性对照，1% SDS溶液为阳性对照。 * 实验与方法： 将0.3 mL样品滴加到CAM表面，作用3分钟后用蒸馏水轻轻冲洗。通过数码相机观察并评估CAM的出血、凝血和血管破裂程度。每个样品使用三个独立的鸡胚进行评价。
三、 主要研究结果
1. 面膜的制备与表征结果： * SEM图像显示，PVP、PVP-VC和PVP-Cur纳米纤维膜均呈现均匀、无珠粒和缺陷的微观结构。纯PVP纤维平均直径约为800 nm。加入VC和Cur后，纤维直径更加均匀，降至约600 nm，这归因于添加剂降低了纺丝溶液的粘度。 * FTIR光谱分析表明，PVP-Cur纳米纤维膜中Cur的O-H伸缩振动峰（3500 cm⁻¹）等特征峰发生了偏移，同时PVP的C-N伸缩振动峰（1280 cm⁻¹）也发生了偏移。这证实了Cur的O-H和C=O基团与PVP的C-N和C=O基团之间形成了氢键。这种相互作用有助于稳定纤维基质中的Cur分子，控制其释放行为。 * 力学性能测试显示，纯PVP膜的拉伸应力为2.0 MPa。添加VC后，膜的拉伸应力增强，而添加Cur则使其降至1.2 MPa。尽管如此，PVP-Cur膜的拉伸应力仍在人体皮肤典型的拉伸强度范围（约1-32 MPa）内，表明其机械性能适合面部使用。 * 接触角测量显示，含VC和Cur的面膜接触角分别为26.4°和29.5°，表现出较高的亲水性，这主要得益于PVP基材的亲水特性。
2. 功能性能结果： * 快速溶解能力： PVP基纳米纤维膜在接触去离子水后立即开始溶解，2秒内大部分溶解，仅残留少量悬浮颗粒。其高孔隙率和比表面积，以及PVP分子中极性羰基与水形成氢键的能力，共同促成了这一超快溶解特性。与传统无纺布面膜相比，其溶解速度显著更快，有利于活性成分的快速释放和皮肤吸收。 * 抗氧化活性： DPPH自由基清除实验表明，纯PVP纳米纤维膜的清除率很低。而含有Cur和VC的纳米纤维膜实现了约90%的DPPH清除效率，显示出强大的抗氧化能力。其机制在于VC可以贡献电子，Cur的酚羟基可以贡献质子，从而中和DPPH自由基。 * 透湿性： 纳米纤维面膜的透湿率可达约350 g·m⁻²·h⁻¹，略高于市售无纺布面膜。尽管纳米纤维膜更薄，但其纳米级孔径确保了可比甚至更优的透湿性，有利于皮肤与环境的湿气交换，保持皮肤水合状态。 * pH兼容性： 溶解后的纳米纤维面膜溶液的pH值在5.6至5.94之间，处于人体皮肤正常pH范围（5.4-6.0）内，表明其对皮肤温和，刺激性低。
3. 生物相容性与安全性结果： * 细胞实验： CCK-8和活/死染色结果表明，培养72小时后，空白对照组和PVP-Cur组的细胞死亡极少，而PVP-VC组显示出更多的死细胞。所有组的OD值随时间增加，表明细胞持续生长增殖。PVP-Cur组的细胞存活率超过90%，且在72小时时达到最高，显著优于PVP-VC组。这表明Cur相比常用的抗氧化剂VC具有更优的生物相容性，对成纤维细胞无明显毒性。 * 刺激性测试（HET-CAM）： 阴性对照（生理盐水）对CAM血管网络无影响，阳性对照（1% SDS）引起明显的溶血、凝血和血管破裂。而PVP、PVP-VC和PVP-Cur三种纳米纤维膜样品均未诱发溶血或凝血，血管网络保持完整未受干扰。这表明这些纳米纤维配方对CAM无刺激性，暗示其在眼部等敏感区域应用具有潜在安全性。
四、 研究结论与价值
本研究成功开发了一种基于静电纺丝PVP纳米纤维负载姜黄素的环保、快速溶解、无添加剂的面膜。该创新配方具有优异的抗氧化活性（DPPH清除率约90%）、良好的透湿性、与皮肤相容的pH值、高细胞相容性（细胞存活率>90%）以及无刺激性。其核心价值在于建立了一个用于递送生物活性成分的通用平台技术。
科学价值： 1）证明了静电纺丝技术可用于制备高性能化妆品载体，将纳米纤维的高比表面积、可调控释放等优势引入护肤领域。2）通过FTIR等表征手段，揭示了PVP与姜黄素之间通过氢键相互作用，这为理解活性成分在聚合物基质中的稳定机制提供了依据。3）系统评估了纳米纤维面膜的溶解动力学、抗氧化性能及生物安全性，为类似功能性纳米纤维材料的开发提供了完整的研究范式。
应用价值： 1）为解决传统面膜依赖防腐剂、包装塑料污染、活性成分不稳定等关键行业挑战提供了安全、环保、有效的替代方案。2）所开发的快速溶解特性极大提升了使用便利性和用户体验，活性成分能快速释放并被皮肤吸收。3）该平台技术易于扩展，可适配多种其他热敏性或水溶性差的活性成分（如抗菌剂、生长因子等），不仅适用于抗衰老和保护性护肤，在伤口敷料等生物医学领域也具有广阔的应用前景。
五、 研究亮点
六、 其他有价值内容
论文还探讨了姜黄素的抗衰老机制。指出皮肤老化与炎症主要由过量自由基引起，氧化应激是许多年龄相关疾病的核心。姜黄素作为一种双功能抗氧化剂，既能通过其酚羟基直接清除活性氧（ROS）和活性氮（RNS），也能通过调节谷胱甘肽（GSH）、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶（SOD）等关键抗氧化酶来增强机体内源性抗氧化防御系统。这些作用使其成为一种有前景的抗衰老剂。本研究中的纳米纤维面膜系统能实现Cur的快速释放和自由扩散，从而最大化其对皮肤氧化应激的保护作用。这一部分内容将产品功效与更深层次的生物学机制联系起来，提升了研究的理论深度。