本方案采用双光镊实时测量乳液酶解过程中液滴间的相互作用力。该方法有助于研究乳液稳定性及液滴动力学，可应用于食品科学与制药领域。
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本文内容
摘要
摘要
本方案介绍了一种利用双光镊研究乳液稳定性及乳液液滴在酶消化过程中动态解体的独特方法。该过程包括制备乳液、引入酶以及构建力测量系统，以实时监测液滴间的相互作用力。通过使用双光镊技术，该方法可实现对乳液液滴的精确操控与观察，从而在酶促解体过程中测量液滴间的相互作用力。这一实验技术为理解消化过程中乳液的相互作用与稳定性提供了重要见解，尤其对食品科学、制药及其他涉及有机乳液的行业研究具有重要意义。该方法具有良好的适应性，可应用于多种光镊装置以及不同类型的乳液或酶体系，是研究各类领域中机械性能与解体过程的通用工具。此外，这种可视化方法具备实时监测力动态变化的优势，为研究乳液在多种应用场景中的行为开辟了新的途径。
引言
乳液是由两种互不相溶的液体组成的非均相体系，其中一种液体以液滴形式分散在另一种液体中。这类体系广泛存在于食品、制药1、化妆品和石油化工等多个工业领域。乳液的稳定性和功能在很大程度上取决于液滴之间的相互作用，而这些相互作用可受到表面化学性质、环境条件以及酶的存在等多种因素的影响2。
在许多应用中，特别是在食品科学和药物递送领域，乳液会暴露于酶环境中3,4。例如，在人体消化系统中，摄入的基于乳液的食物和药物会接触到多种酶，这些酶可能改变其结构和功能。了解酶消化过程中液滴相互作用的动力学对于设计稳定且有效的乳液基产品至关重要5,6。
研究乳液稳定性的传统方法2,7，例如光散射或流变学测量，能够提供有价值的宏观信息，但无法直接观察和量化单个液滴之间的相互作用8。这一局限性阻碍了对乳液酶解过程中发生的微观过程的理解。
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方案
图1展示了双光阱光镊液滴捕获的示意图。本研究中使用的试剂和设备列于材料表中。
1. 乳清蛋白分散液的制备
- 在去离子水中配制5% (w/v)的乳清蛋白分散液。
- 使用电子天平准确称取2.5 g乳清蛋白粉末。
- 使用量筒量取47.5 mL去离子水。
- 混合组分。
- 将称量好的蛋白粉末和量取的水转移至烧杯中。
- 向烧杯中加入一个磁力搅拌子。
- 密封烧杯。
- 用封口膜覆盖烧杯口，以防止蒸发和污染。
- 搅拌分散液。
- 将烧杯置于磁力搅拌器上，设定搅拌速度为1500 rpm（图2A），直至蛋白粉末完全溶解且溶液均匀分散。
- 使蛋白水合
- 为确保乳清蛋白充分水合并尽量减少起泡，应在制备乳液前一天配制该分散液。
- 让5%乳清蛋白分散液在室温下持续搅拌过夜。
警告：确保所有玻璃器皿和工具清洁且无污染物，以免影响蛋白分散效果....
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结果
本研究采用光镊技术分析了含有菜籽油和乳清蛋白以及乳脂和乳清蛋白的乳液。首先，测量了两种乳液之间的力-距离关系，以建立基线数据（图5A-F）。随后向每种乳液中加入胰蛋白酶，并每隔10分钟重新测量力-距离关系。
图5展示了不含胰蛋白酶的两种乳液液滴的力-距离（FD）曲线。随着液滴间距离减小，相互作用力非线性增加，并在液滴接触时形成一个峰值。在未添加胰蛋白酶的情况下，峰值力与液滴直径密切相关。较大的液滴表现出更高的相互作用力。例如，图5C中的液滴直径约为8 µm，其相互作用力超过100 pN；而直径约为3 µm的较小液滴的相互作用力约为10 pN，如图5A所示。
在加入浓度为 0.1 µg/mL 的胰蛋白酶溶液后 10 分钟进行的.......
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讨论
该方法的核心创新在于双光镊与实时力学监测技术的同步运行（图3A），实现了在单液滴水平上的高精度动态分析。通过使用双光镊独立捕获两个液滴，并将其间距精确调节至初始的10 µm（见步骤4.2.2），该方法克服了传统单液滴操控的局限性。图1展示了用于捕获和操控液滴的双光镊原理。在酶消化过程中，以10分钟间隔获取的实时力-距离（FD）曲线测量结果（见步骤6.2.1）揭示了界面力学特性的动态演变过程（图6和图7），捕捉到传统终点检测方法无法观测到的瞬时反应动力学18。为确保测量准确性，通过PSD校准结合激光功率优化，将力的分辨率提升至pN量级19，优于缺乏此类参数严谨性的传统微操作方法。
尽管该方法在单液滴力学表征方面表现出色，但仍存在某些局限性。该系统对直径在.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究由国家重点研发计划项目（项目编号：2023YFF0613603）和国家自然科学基金（项目编号：22202167）资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Bluelake 软件 | LUMICKS, 荷兰 | 光镊控制系统软件 | |
| CaCl2.H4O2 | |||
| 圆顶式LED数显加热磁力搅拌器 | SCILOGEX | SCI280-Pro | |
| 电子天平 | 上海恒平仪器有限公司 | FA1204 | |
| HCl | |||
| 高速匀浆机 | 宁波科迈仪器有限公司 | KM-S10 | |
| 浸油 | |||
| 光致涡旋混匀装置 | 上海沪西工业有限公司 | Vortex-5S | |
| Microsoft Office Excel | Microsoft | ||
| 乳脂 | SM Mlekovita | Maslo Klarowane | |
| NaCl | |||
| 光镊平台 | LUMICKS, 荷兰 | m-trap | |
| Origin 软件 | Origin Lab | 2024 | 用于绘制力与距离拟合曲线 |
| 移液枪 | Eppendorf | 10 μL,100 μL,1000 μL | |
| 菜籽油 | Bunge Polska Sp.z o.o. | Kujawski | |
| 封口膜 | Parafilm | 4IN*125FT | |
| Tris | |||
| 胰蛋白酶 | 生工生物工程（上海）股份有限公司 | A100458-0010 | 胰蛋白酶 1:250，来源于猪胰腺 |
| 乳清蛋白浓缩物 | SM Mlekovita | WPC |
参考文献
- Kale, S. N., Deore, S. L. Emulsion micro emulsion and nano emulsion: A review. Syst Rev Pharm. 8 (1), 39-47 (2016).
- Li, N., Fang, S., Liu, S., Duan, M. Methods for measuring the interaction forces between droplets in emulsions. Oilfield Chem. 37 (4), 752-75....
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