天然色素不仅能赋予食物鲜艳的色彩,而且对人体健康有益,比人工合成色素更受人们青睐,但天然色素水溶性差,对外界环境非常敏感,容易发生降解、变质,且生物利用度低,因此,用天然色素替代人工合成色素仍然是一项重要的挑战。本文针对天然色素存在的问题,首先开发了一种通用的微流控技术,成功将疏水性天然色素包裹到理化性质可控的紫胶纳米颗粒中,提高了天然色素在水中的分散性、稳定性和生物利用度,然后通过数值模拟与实验探究了微流控通道中纳米共沉淀的机理,总结出天然色素与紫胶共沉淀过程的理论模型,验证了微流控技术对纳米共沉淀过程的可控性。最后结合单晶掺杂技术设计了一种纳米颗粒-单晶复合载体,进一步提高了天然色素的稳定性并实现一种独特的双重pH响应模式,拓展了天然色素在食品、医药领域的应用。主要研究内容和取得的创新成果如下:(1)开发了一种可靠、简便、通用的微流控技术,在流动聚焦型微流控装置中通过良溶剂与不良溶剂的快速混合,实现了天然色素和紫胶的共沉淀,成功将疏水性天然色素包裹在生物相容的紫胶纳米颗粒中,并通过引入分子间相互作用,实现极高包裹率,所研制的包裹天然色素的紫胶纳米颗粒具有多种优势,包括粒径可控、分散性好、稳定性提高、具有宽广的pH稳定范围、生物相容性良好等,在开发功能性食品领域有广阔应用前景。(2)探究了微流控通道中纳米共沉淀的机理,深入研究了混合时间对共沉淀过程及纳米颗粒性能的影响,发现混合时间对纳米颗粒的尺寸和包裹率影响较大,通过数值模拟验证了混合时间小于聚集时间,且涡流扩散占主导从而增强了混合过程,使得纳米颗粒更小且更加均匀。证明了使用微流控技术可确保两相溶液的快速混合并能有效地控制混合过程,从而调控纳米颗粒的性能,最后建立了姜黄素与紫胶的三步共沉淀模型并进行了验证。(3)设计了一种纳米颗粒-单晶复合载体,首先通过上述方法将叶绿素嵌入紫胶纳米颗粒并分散到凝胶中,然后在凝胶介质中通过生长碳酸钙晶体将纳米颗粒嵌入。在紫胶纳米颗粒和碳酸钙晶体的保护下,叶绿素即使在光照下也显示出较好的稳定性。这种纳米颗粒-单晶复合载体还具有独特的pH触发释放模式,所需的pH值变化与人体胃肠道系统相似,适用于受控的,靶向性的肠道药物释放,是生物活性分子功能设计的理想载体。