胶束与临界胶束浓度

胶束与临界胶束浓度一、概

述1、胶束的基本概念胶束（Micelles），指在水溶液中，当表面活性剂达到一定浓度时，分子自组装形成有序排列的热力学稳定胶状团聚体。形成胶束的机制是具有吸附能力的表面活性剂在达到饱和状态后，过剩的表面活性剂分散于水溶液中，因其疏水基团的存在，水分子与表面活性剂的排斥力强于吸引力，疏水基团在范德华力作用下缔合形成胶束内核，亲水基团朝外形成胶束外层，稳定分散于水溶液中。当表面活性剂在水中的浓度较低时，以单分子形式分散或者吸附于溶液表面降低表面张力；当表面活性剂达到一定浓度时，无法继续降低溶液的表面张力，在水溶液中开始形成胶束，形成胶束的最低浓度成为临界胶束浓度（CriticalMicelleConcentration，CMC）。当表面活性剂浓度接近临界胶束浓度时，胶束呈球体结构；当浓度继续增加，缔合的分子数量随之增加，胶束呈圆柱体或者板状体，甚至可以呈星状、螺旋状等复杂形态。胶束的形态与其自由能有关。表面活性剂是两亲性分子，亲脂尾端因疏水而聚于胶束内部，亲水头端则因极性而延伸向外部，并对胶束内部的疏水基团起到保护作用。胶束的主要成分是两亲性分子，因此除了可溶于极性溶剂（例如水）外，还能以反胶束的形式溶于非极性溶剂。

目前主要研究的胶束由两亲性聚合物材料形成，因此也叫聚合物胶束（PolymericMicelles，PMs），本文主要介绍聚合物胶束。

2、聚合物胶束作为药物递送系统作为一种自组装结构的胶体，胶束在药物递送领域有着明朗的前景。（1）粒径小胶束的粒径在10~100nm范围内，在血液循环系统中不易被内皮网状系统（ReticuloendothelialSystem，RES）识别捕获，载体系统能在血液中稳定长时间存在，同时通过EPR效应实现对肿瘤部位的被动靶向作用。粒径小也有助于提高生产收率，在生产中可以采用0.45μm和0.22μm孔径的滤芯，控制产品的无菌度。（2）结构稳定胶束由低分子量的表面活性剂缔合而来，结构高度稳定，稳定的结构是胶束在体内递送的关键所在，并可以对胶束的形态进行设计实现药物的缓控释。（3）增溶性常规的聚合物-药物结合系统会因为疏水性药物的引入而引发溶解性问题，而包载大量疏水性药物的聚合物胶束仍然具有高水溶性。胶束的内核包载大量疏水性药物，极大地提高了药物溶解性，同时亲水性外壳作为避免胶束聚集的屏障，使胶束维持其良好的水溶性。（4）低毒性聚合物表面活性剂的毒性比小分子的表面活性剂（例如十二烷基硫酸钠）小，安全性更高。胶束的粒径大于肾脏对粒子的过滤值，使其可以逃避肾脏清除。形成胶束的所有聚合物链都会在体内被解聚成单链，如果选用分子量低于肾脏清除临界分子量的两亲性聚合物为形成胶束的材料时，理论上能将嵌段共聚物彻底排泄出体外，避免材料在体内蓄积产生毒性。（5）功能性聚合物胶束由亲脂内核和亲水外壳组成，内核和外壳使胶束具有多重功能，在递送系统中发挥着关键作用，高度功能化的结构适合用于药物递送系统。亲水性外壳能与蛋白质、细胞这些生物成分相互作用，影响药代动力学行为和药物分布，控制药物在体内的递送行为，而亲脂性内核用于包载药物和释放。

3、聚合物胶束的分类根据自组装原理的不同，可将聚合物胶束分为嵌段聚合物胶束、聚电解质共聚物胶束、非共价键胶束、接枝共聚物胶束等。（1）嵌段聚合物胶束嵌段聚合物胶束由亲水链段和疏水链段组成，根据分子中疏水链段和亲水链段数目不同将其分为二嵌段聚合物（Diblockcopolymers）胶束和三嵌段聚合物（Triblockcopolymers）胶束。双亲嵌段共聚物的亲水部分通常是酸类聚合物、聚电解质等离子型聚合物或非离子型聚合物，疏水部分通常为聚苯乙烯、聚环氧丙烷、聚酯和聚氨基酸等。聚合物胶束常用二嵌段AB和三嵌段ABA两类嵌段共聚物材料，虽然也有随机型嵌段共聚物，但几乎不用于药物递送。。（2）聚电解质共聚物胶束聚电解质胶束由以聚电解质复合物为内核和以不带电荷的嵌段为外壳组成，是嵌段聚电解质和带有相反电荷的另一电解质聚合物混合时在溶液中形成的复合物，故也称为聚电解质复合胶束。因为聚电解质具有大分子链段，同时又具有小分子的电离特性，可用于药物的缓控释递送技术。（3）非共价键胶束非共价胶束是指核壳间为非共价键连接的聚合物胶束（Non-covalentlyconnectedmicelles，NCCM）。不同种类的聚合物链段之间通过氢键或金属配位的作用可形成较强的非共价键，形成非共价聚合物。非共价键具有可逆性和协同性，使得非共价键的聚合物材料具有功能性和响应性。（4）接枝共聚物胶束接枝共聚物（Graftcopolymers）胶束是由两亲性接枝聚合物形成，接枝共聚物的骨架链为亲脂性，而支链为亲水性。当接枝共聚物分散在水性溶液中时，便会自组装形成具有核壳结构的纳米载体，亲脂性骨架链形成胶束内核，亲水性支链朝外形成外壳。在接枝共聚物自组装形成胶束的过程中，亲脂性的骨架链有时无法完全组装成内核，引起胶束在水中团聚，导致其无法应用于药物递送系统。

4、聚合物胶束作的稳定性聚合物胶束的稳定性包括热力学稳定性和动力学稳定性，热力学稳定性用于表征聚合物胶束形成和到达热力学平衡的过程，而动力学稳定性用于描述聚合物胶束整个体系随时间的微观变化过程。聚合物胶束必须要具有足够的热力学稳定性和动力学稳定性，才能保证给药后能在给药部位或者循环系统中保持结构完整，避免药物突释。（1）热力学稳定性临界胶束浓度（CMC）是表征热力学稳定性的重要参数，CMC值的大小与热能、聚合物与溶液之间的相互作用有关，CMC值越小，胶束的热力学稳定性就越好。聚合物的疏水端大小和疏水性影响着CMC值，疏水性越强，CMC值就越小，聚合物胶束就更稳定。同理，包载的药物疏水性越强，与内核的结合度越高，稳定性越好。（2）动力学稳定性聚合物胶束中聚合物链解离的快慢