在高效氣溶膠遞送系統(tǒng)的設(shè)計中，活性生物堿（如尼古丁）的揮發(fā)控制一直是一個核心難題。傳統(tǒng)的釋放過程不僅取決于化合物本身的揮發(fā)性，還深受局部溶劑環(huán)境和界面相互作用的復雜影響。尼古丁作為典型的多質(zhì)子化狀態(tài)分子，其在不同酸堿環(huán)境下的釋放路徑與能量壁壘存在顯著差異。盡管多元醇溶劑（如甘油）在調(diào)節(jié)氣溶膠形成過程中廣泛應(yīng)用，但其如何影響質(zhì)子化依賴的釋放機制仍缺乏清晰認識。現(xiàn)有系統(tǒng)往往面臨釋放溫度高、效率低的問題，這限制了其在溫和條件下實現(xiàn)高效遞送的應(yīng)用潛力。因此，深入理解溶劑介導的質(zhì)子化調(diào)控機制，對開發(fā)新一代高效、低溫釋放的遞送技術(shù)至關(guān)重要。

本研究發(fā)表于《Results in Chemistry》，旨在揭示甘油作為功能共溶劑如何調(diào)節(jié)尼古丁的揮發(fā)路徑。研究人員采用熱重分析-質(zhì)譜聯(lián)用(TGA-GC/MS)技術(shù)監(jiān)測熱釋放過程，并配合紫外-可見光譜(UV-Vis)分析溶劑環(huán)境對尼古丁質(zhì)子化狀態(tài)的影響。樣本選用煙草基質(zhì)，其中尼古丁總含量為0.91%，初始水含量為11.6%，通過調(diào)配不同甘油與水的比例制備測試基底，確保實驗條件可重復。

實驗顯示，甘油含量顯著提升尼古丁釋放量，而水含量影響甚微。在30%甘油、16%水條件下，尼古丁釋放在180?°C至270?°C區(qū)間保持穩(wěn)定，最高達8?mg/g。

熱重-質(zhì)譜分析表明，含甘油體系中尼古丁的峰值釋放溫度從無甘油時的335?°C提前至216?°C，且總釋放量更高，證實甘油促使尼古丁更早釋放。

阿倫尼烏斯(Arrhenius)動力學分析顯示，無甘油時尼古丁釋放表觀活化能(E_a)為50.5?kJ/mol，接近其汽化熱；而添加甘油后E_a升至73.5?kJ/mol，指前因子卻提升近4個數(shù)量級，這表明盡管甘油提高了脫附能壘，但極大增加了適于界面釋放的分子構(gòu)型數(shù)量。同時，水-甘油體系的泡點隨水含量降低而升高，在測試基底（水質(zhì)量分數(shù)約0.35）中達到約130?°C，使尼古丁在110–130?°C以非質(zhì)子化形態(tài)釋放，在130–170?°C以單質(zhì)子化形態(tài)釋放，避免了>200?°C的雙質(zhì)子化高溫釋放路徑。紫外光譜結(jié)果進一步證實，在水-甘油混合溶劑中，尼古丁在酸性條件下（pH?≈?5.0）穩(wěn)定于單質(zhì)子化狀態(tài)，而在乙醇中則傾向雙質(zhì)子化，突顯溶劑介導的質(zhì)子化差異。

在無甘油基質(zhì)中，水優(yōu)先在約100?°C揮發(fā)，尼古丁以非揮發(fā)性雙質(zhì)子化鹽態(tài)殘留，需>200?°C才能釋放。而在含甘油體系中，水-甘油系統(tǒng)的沸點升高使溶解平衡得以延續(xù)，尼古丁得以在較低溫度通過非質(zhì)子化和單質(zhì)子化路徑順序釋放。

本研究闡明甘油并非惰性溶劑，而是通過提升體系沸點、調(diào)控質(zhì)子化平衡及增大指前因子，主動優(yōu)化尼古丁的揮發(fā)路徑。該機制使尼古丁在較低溫度實現(xiàn)高效釋放，相比無甘油體系低溫釋放效率提升100%。這項工作從界面質(zhì)子化調(diào)控角度，為植物纖維基質(zhì)中生物堿釋放提供了清晰的機理解釋，對設(shè)計膠體穩(wěn)定型氣溶膠遞送系統(tǒng)具有重要指導意義。通過溶劑介導的分子相互作用管理，有望實現(xiàn)更溫和、高效的活性成分遞送，推動相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進步。