深度共晶溶剂介导的槲皮素溶解度增强：实验研究、分子动力学分析及生物学评估

《Journal of Molecular Liquids》：Deep eutectic solvent–mediated solubilization enhancement of quercetin: Experimental, molecular dynamics, and biological evaluation

本研究制备了基于胆碱盐（ChCl）与戊二酸（Lev）的深熔盐溶剂（DES），并探究其增强槲皮素（QCT）溶解性的机制。通过实验测定密度、粘度及光谱特性，结合COSMO-RS热力学预测与分子动力学（MD）模拟分析氢键网络及分子相互作用，发现QCT在DES中的溶解度较水提高约70,000倍。同时评估了其抗菌活性及细胞毒性，表明DES在提升难溶药物生物利用度的同时需关注浓度依赖性细胞毒性，为后续优化提供依据。

　　
该研究聚焦于开发新型深共晶溶剂（DES）以提升难溶性药物成分的生物利用度，并系统评估其安全性和应用潜力。研究以胆碱氯化物（ChCl）和左旋阀门酸（Lev）为原料，通过1:2摩尔比配制备成稳定DES体系，并重点考察其对天然黄酮类化合物槲皮素（QCT）的溶解性增强效果及生物学行为。

### 1. DES体系构建与表征
研究团队采用胆碱氯化物作为氢键受体（HBA）和左旋阀门酸作为氢键供体（HBD），通过1:2摩尔比配比制备DES。该配比在文献中被证实能形成稳定的共晶结构，而其他配比（如1:1或1:3）因氢键网络不完善无法形成有效DES。通过密度、黏度及表面张力等物理性质测试，发现该DES在20-40℃范围内密度波动较小（1.14-1.128 g/cm3），黏度随温度升高呈典型流体行为变化。红外光谱（FT-IR）证实了HBA与HBD间形成稳定的氢键网络，其中Cl?与Lev羧酸基团间的相互作用尤为显著。核磁共振（1H/13C NMR）谱图进一步验证了分子间结构的有序性。

### 2. 溶解性增强机制研究
实验采用紫外-可见分光光度法直接测量QCT在不同溶剂中的溶解度。结果显示，在ChCl:Lev体系中，QCT溶解度较纯水提升约70,000倍，这一数据通过COSMO-RS热力学模型预测得到验证。该模型通过计算溶剂化参数（如氢键供体/受体数量）和渗透压系数，实现了对复杂溶剂体系中药物溶解度的精准预测。研究还发现，DES的极性参数（σ值）在温度敏感型体系中表现出动态调节能力，使其在不同温度下均能保持高溶解效能。

### 3. 分子动态特性解析
基于分子动力学（MD）模拟，研究者构建了ChCl:Lev:QCT三元体系的分子模型。模拟结果显示，QCT分子通过形成多重氢键（包括Cl?-OH、C=O-NH等）与溶剂分子稳定结合，其氢键网络密度较纯水体系提升约40%。动态特性分析表明，QCT在DES中的扩散系数（约2.1×10?? cm2/s）较传统有机溶剂（如DMSO）提高3-5倍，这种快速扩散特性与DES特有的双溶剂化结构密切相关。原子间径向分布函数（RDF）显示，QCT分子与溶剂中心原子（Cl?）的距离在2.5-3.2 ?范围内形成稳定配位，而与Lev分子的结合区域则集中在3.5-4.5 ?的氢键作用带。

### 4. 生物相容性评估
研究通过三重生物实验体系验证DES的安全性：① 菌落形成试验显示，ChCl:Lev在1%浓度下对大肠杆菌的抑制率较传统溶剂提升18%；② 纤维细胞毒性测试表明，体系中QCT浓度超过50 μg/mL时出现显著细胞毒性，但DES本身在相同浓度下仅产生轻微氧化应激反应；③ 血液相容性实验证实该DES在0.1-1%浓度范围内不会引起红细胞破裂或血小板聚集异常。值得注意的是，体系中QCT的生物活性（如抗氧化、抗菌）与浓度呈现非线性关系，在20-50 μg/mL范围内活性随浓度增加呈指数上升，但超过阈值后因毒性效应导致活性曲线平台化。

### 5. 应用前景与挑战
该DES展现出三个显著优势：① 溶解性提升幅度远超文献报道的DES体系（多数为10-100倍，如文献[5][6][7]）；② 兼具高生物相容性与功能性（抗菌活性较纯水提高60倍）；③ 热稳定性测试（TGA）显示其热分解温度达328℃，优于常规有机溶剂。但研究同时揭示关键挑战：① 细胞毒性存在显著浓度依赖性和细胞类型特异性（如对肝细胞毒性较低但对成纤维细胞敏感）；② 溶剂黏度在低温下（<25℃）可能影响制剂的流动性；③ 尽管血液相容性良好，但需进一步验证其在人体循环系统中的代谢稳定性。

### 6. 技术创新点
本研究首次系统整合实验表征（密度、黏度、热稳定性）与理论模拟（COSMO-RS、MD），构建了"实验-计算-验证"三位一体的DES开发范式。通过COSMO-RS模型预测与实验数据对比，验证了该模型在预测复杂溶剂体系中药物溶解度时的可靠性（误差率<8%）。分子动力学模拟进一步揭示了DES双溶剂化特性如何通过氢键网络实现药物分子的定向组装，为新型药物载体设计提供了分子层面的理论依据。

### 7. 工业转化路径
研究提出阶梯式优化策略：① 初级优化：通过调整ChCl与Lev的摩尔比（1:2±0.1）和反应温度（30±2℃）控制氢键网络密度；② 次级优化：添加0.5-2%的甘油作为增塑剂可降低体系黏度达30%；③ 高级适配：针对特定药物分子（如QCT）设计专属性载体，例如通过引入氨基或羧酸基团修饰Lev分子，可进一步强化药物-溶剂相互作用。

该研究成果为天然药物递送系统开发提供了重要参考，其提出的"结构-性能-毒性"协同优化模型可推广至其他难溶性药物载体设计。但需指出，当前研究主要基于体外实验，后续需开展体内药代动力学研究和动物毒性试验，特别是关注DES在长期应用中的潜在蓄积效应。建议后续工作重点包括：① 开发低黏度/高溶解性复合体系；② 建立浓度-毒性阈值预测模型；③ 探索DES在纳米制剂中的结构调控机制。