（应用化学专业论文）表面活性剂囊泡的自发形成及性能研究.pdf

济南大学硕士学位论文 摘要 作为与细胞膜最为相似的表面活性剂缔合结构，可自发形成的囊泡一直是超分子 自组装研究的重点，但遗憾的是对囊泡双层的形成机理、双层膜内部的性质和膜的渗 透性等方面的认识至今还不清晰。 本论文从阴离子表面活性剂和两性非离子表面活性剂的复配研究入手，发现盐 的加入引发了某些体系中囊泡的形成，这就使我们可以有控制地研究囊泡的形成过 程、监测胶束向囊泡的转变，这对于深入了解囊泡的性质和囊泡的应用都有重要的意 义。 论文首先研究了三个表面活性剂复配体系，包括十二烷基苯磺酸钠( s d b s ) 十 二烷基磺基甜菜碱( l s b ) 复配体系、双( 2 一乙基己基) 琥珀酸磺酸钠( a o t ) 壬基 酚聚氧乙烯( 1 0 ) 醚( t x 1 0 0 ) 复配体系和十二烷基苯磺酸钠( s d b s ) 壬基酚聚氧乙 烯( 1 0 ) 醚( t x 一1 0 0 ) 复配体系。通过负染色t e m 观测到了囊泡的存在，用拟三元 相图表示了囊泡的形成区域，并通过动态光散射测定了囊泡的尺寸及分散度随各种因 素的变化。 论文继而用芘作为荧光探针监测了表面活性剂单体、胶束和囊泡之间的结构转换 中内部极性变化，同时以电导和浊度跟随外部的变化作为辅助手段。结果证明以j 的比值精确地反映了内部微环境的变化，因而可以确定囊泡的形成转折点。 论文最后用非分离荧光法表征了自发形成的囊泡( s d b s 几s b 体系、a o t ，l s b 体系、s d b s c t a b 体系) 双层膜的渗透性，并推导出了囊泡对钙黄绿素包封量的计 算公式，以此公式为基础定量地分析了三个囊泡体系的包封量，并考察了盐度、聚合 物等对各个体系包封量的影响，从而在一定程度上反映了囊泡双层膜的渗透性。 关键词：囊泡，自发形成，盐引发，荧光探针芘，渗透性 ：，：，耋堡! i ! 堡型茎望塑皂苎兰些丝丝些里空 a b s t r a c t i nt h ed i s s e r t a t i o n ，t h es p o n t a n e o u s l yf b 册e dv e s i c k sa n dt h e i r p r o p e n i e sw e r e c h a r a c t e r i z e di nd e t a i l v e s i c l e sw e r ef b m e ds p o n t a n e o u s l yi na q u e o u ss o l u t i o no f s d b s l s b ，a o t t x 1 0 0 a 1 1 ds d b s t x 一1 0 0j u s tu n d e rt h ei n d u c e m e n to fs a l t t h ee x i s t e n c eo fv e s i c l e sw a s d e m o n s t r a t e db yt e mi m a g eu s i n gn e g a t i v e s t a i n i n gm e t h o d t h ev e s i c l er e g i o n sw e r e p r e s e n t e di nt 1 1 r e ep s e u d o - t e m a r yd i a 舒a n l so fs d b s l s b b r i n e ，a o t t x 1o o b r i n ea n d s d b s 厂r x 一1 0 0 b r i n er e s p e c t i v e l y t h ev a r i a t i o n so fv e s i c l es i z ew i l ht h es a l i n 埘a n d m i x i n gr a t i o s ，a sw e l la st h es u r f a c t a n tc o n c e n t r a t i o nw e r cd e t e r r r l i n e du s i n gd y n a m i c1 i g h t s c a n e r i n gm e t l l o d t h ei n d u c e m e n to fs a l tm a k e st h ed e t e 】1 i n a t i o no fc r i t i c a lv e s i c l ec o n c e n t r a t i o n p o s s i b l e w eh a v ee m p l o y e dn u o r e s c e n c em e t h o dt om o n i t o rt l l ei n n e rm i c m e n v i r o m e n t a l c h a l l g ed u r i n g t h e a g g r e g a t es t r u c t u r a lt r a n s i t i o n ，a c c o m p a n i e db y at u r b i d i t ) ，a n d c o n d u c t i v i t ym e a s u r e m e n tt of o l l o wm eo u t e rc h a l l g eo ft h ea g 掣e g a t es t r u c t u r e s p ”e n e w a su s e da san u o r e s c e n c ep r o b e t h er a t i oo ft h en u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo fp y r e n e 仍 p r e c i s e l yr e f l e c t st h ei n n e rm i c r o e n v i r o m e n tc h a n g e f i n a l l y t l l ee n c 印s u l a t i o na n dr e l e a s i n go fn u o r e s c e n c ed y ec a l c e i nb ys p o n t a i l e o u s l y f o n n e dv e s i c l e ，f r o mm em i x t u r c so fs d b s l s b ，b 血e a o t l s b 厂b r i n ea 1 1 ds d b s c t a b 邯s t u d i e dw i t has i m p i eb u ts e n s i t i v ea i l da c c u r a t en u o r e s c e n c em e t h o d ，u s i n gc o b a i t c h l o r i d ea saq u e n c h i n g a g e n t t h et 、v oc o m p o u n d s a r ec o m m e r c i a l l ya v a i l a b l ea n dt h e r ei s n os e p a r a t i o no fv e s i c l ef r o mb u l km e d i a t h ee n t r a p m e n tq u a i l “t yo fv e s i c l e st ot h e c a l c e i n ，i n v e r s e l yp m p o n i o n a lt ot h ep e m l e a b i l i t y ，w a ss u c c e s s m l i yd e d u c e da c c o r d i n gt o t 1 1 ed i 艉r e n c eo fn u o r e s c e n c ei n t e n s i t yb e f b r ea n da f t e rt h eq u e n c h i n g k e ，w o r d s ：v e s j c l e ，s p o n 招n u sf o m l a t i o n ，s a l tj n d u c e m e n c ，t h ef l u o r e s c e n c em e t h o d ， p e h n e a b i l i t y 1 1 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：丛 日 期：呈哩五：垂! 兰呈 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：幽导师签名：盈型盟日期：丝! 鱼! ：【 济南大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 囊泡的结构和研究发展历史 两亲分子( 锄p h i p h i l e ) ，也叫做表面活性剂( s u r f a c t a n t ) ，由于其结构上同时具 有亲水和疏水基团，所以其能够依靠疏水缔合作用，在溶液中形成多种形式的分子有 序组合体，如不同形态的胶束( m i c e l l e ，球状s p h e r i c a l 、盘状d i s k 1 i k e 、棒状r o d l i k e 、 虫状、v o m l i k e ) 、单分子膜( m o n o m 0 1 e c u l a rf i l m ) 、微乳液( m i c r o e m u l s i o n ，油包水 型w ，o 、水包油型0 ，w 、双连续型b c ) 、液晶( 1 i q u i dc r y s t a l ，层状1 锄e l l a r 、六角 状h e x a g o n a l 、立方状c u b i c ) 、囊泡( v e s i c l e ) 。两亲分子的有序组合体也是构成生命 单元的基础，也是目前制各功能材料或者实现某些化学物质的功能而依赖的一种重要 手段。 a 单室囊泡b 多室囊泡 图l l 不同结构的囊泡示意图 囊泡( v e s i c l e ) 川是两亲分子有序组合体的一种形式，它是由密闭双分子层所形 成的球形或椭球形单间或多间的小室结构，由天然磷脂所形成的囊泡通常也称为脂质 体( 1 i p o s o m e ) 。囊泡的线性尺寸大约在3 0 1 0 0m n ，也有大到1 0 u m 左右的单室囊泡。 囊泡的形状有球形、椭球形或扁球形的。单室和多室囊泡的结构示意图如图1 1 所示。 与微乳液相似，囊泡也属于热力学稳定体系，在一定条件下能保持特定的尺寸， 即使破裂也能重新组合。因此这类体系具有类似于生物细胞的一些功能，如自组装性、 自复制性。由于囊泡与细胞膜的结构非常的相似，所以一直作为生物膜模型而得到广 表面活性剂囊泡的自发形成及性能研究 泛的研究。化学家则为囊泡所提供的多种特定的反应环境所吸引，希望通过它来实现 和控制某些化学反应，如作为药物载体，以及为酶促反应提供适宜的微环境等。示意 图1 2 是一个单室囊泡极其所能提供的九个反应环境的示意图。 1 9 6 5 年英国学者b a l l g h a m 【2 】等用超声波的手段将干磷脂分散于水中制备得到了 多室脂质体，并证明每层均为双分子脂质膜且被水隔开，其厚度约4 n m ，这标志着人 工制各脂质囊泡研究的开始。 示意图1 2 囊泡溶液中的多个区域【 1 9 7 7 年k u l l i t a l ( e 3 】等发现由合成的表面活性剂双十二烷基二甲基溴化铵( d d a b ) 经过超声处理也可以得到闭合双层膜结构。为了与由天然磷脂或其衍生物形成的脂质 体区别起见，将这些由人工合成的表面活性剂形成的缔合结构称为表面活性剂囊泡， 或者简称囊泡。表面活性剂囊泡的出现对于细胞膜模拟的研究可以说具有划时代的意 义，从此形成了腊质体和囊泡两个方向，使得这一领域的文章以惊人的速度增长。 鉴于通过超声波等施加外力的手段得到的囊泡体系不够稳定且操作复杂，自发形 成囊泡就成为研究人员追求的目标。一般认为，自发形成不需要任何外加的机械力或 者能量，所得到的体系十分稳定，因此自发形成的囊泡一经出现就引起了广泛的关注。 有关这方面的最早报道是在1 9 8 3 年，n i n h 锄【4 】由十二烷基三甲基羟基铵( d t o h ) 得 到了自发形成的囊泡，随后又从双十二烷基羟基铵( d d a o h ) 【5 1 、硅表面活性剂【6 】得到 了自发形成的囊泡。这些自发体系大多由单一表面活性剂构成，要求表面活性剂具有 特殊的分子结构，因此类似的体系数量较少。 在囊泡自发形成领域真正的突破是在1 9 8 9 年，k a l e r 和z a s a d z i n s “7 】从复配的阴 济南大学硕士学位论文 阳离子表面活性剂体系得到了自发形成的囊泡其研究论文发表在s c i e n c e 上。人们 发现，通过简单的复配就可以得到囊泡，并且稳定性好，制备操作简便，其大小、电 荷和渗透性等容易通过改变两种表面活性剂的链长或者比例来调节，极大地弥补了单 一表面活性剂的不足，从此相关的研究报道像雨后春笋一样涌现出来。迄今为止， 已从阴阳离子表面活性剂复配 7 - 1 4 1 ( l a s i c 和t o n d r e p 【1 6 1 对此有比较详细的总结) ， 离子表面活性剂和助表面活性剂复配【 19 1 ，两性表面活性剂和阴离子表面活性剂复配 【2 0 l ，两种阳离子表面活性剂的复配体系得到了自发囊泡，并且呈现出不断增长的 趋势。 1 2 表面活性剂囊泡的形成 1 2 1 单组分囊泡的形成 构成生物膜的主要物质是一系列在一个极性头上连有两条疏水链( 双链结构) 的 两亲分子 2 ”，其中最重要的是磷酸甘油脂类，另外两类常见的是缩醛磷脂类和鞘磷脂。 虽然生物膜中还存在一定数量的胆固醇和脂肪酸，但早期的研究表明，它们都不能独 立地形成囊泡，而上述双链结构的两亲分子却可以。在以生物膜为主要目的的早期囊 泡研究中，很自然地把注意力集中于这些天然的双链两亲分子，特别是磷酸甘油脂类。 1 9 6 5 年英国学者b a l l g h 锄【2 等用超声波的手段将干磷脂分散于水中制各得到了 多室脂质体，1 9 7 7 年k u n i t a k e 等发现由合成的表面活性剂双十二烷基二甲基溴化铵 ( d d a b ) 经过超声处理也可以得到闭合双层膜结构，而双链的d d a o h l 5 j 可以自发形 成囊泡，带动了这一方面研究工作的迅速开展，很快就证实很多具有双链结构的两亲 分子都可以形成囊泡。其亲水头基可以是阳离子型的，也可以是阴离子型的也可以是 两性或非离子型的，k u n i t a l ( e 矧对此有较详细的总结。疏水链的长度对囊泡的形成有 明显的影响。疏水链太长，易形成层状结构，而非囊泡：太短则由于疏水作用太弱而 难以形成缔合结构。另外，两条疏水链的长度相差太大，也不利于囊泡的形成。例如， 双烷基二甲基溴化铵系列，当两个疏水链长度相同且大于或者等于1 8 个c 时，所形 成的有序组合体不是囊泡，而是层状结构：当两个烷基链分别为c 1 8 和c 8 时，由于 长度相差太大，电镜中观察不到有序组合体结构。 上个世纪7 0 年代中期，对囊泡的研究基本限定于双链分子。为什么具有双链结 构的两亲分子易于形成囊泡? 1 k l f b r d i2 4 1 和i s r a e l a c h v i l l 等人【2 印基于各种分子有序组 表面活性剂囊泡的自发形成及性能研究 合体的几何特征所提出的理论认为，两亲分子形成有序组合体时的聚集方式取决于分 子的结构因素，并将其具体化为一个堆积因子p ( p a c k i n g p 啪e t e r ) ，尸= v l 。v 是 疏水链所占体积，a o 是亲水基团所占截面积，l 。是疏水链长。p 值与各种有序结构的 对应关系如下： 尸= 0 1 3 球形胶团 尸；1 3 1 2棒状胶团 j d = 1 2 - l 囊泡或者层状结构 j d l 反胶束、微乳 一般情况下，单链表面活性剂的极性头所占截面积相对于其疏水链体积v 较大，p 较 小( 1 2 的c 8 一c 1 2 脂肪酸盐溶液中加入同碳链的脂肪醇，或在十二烷基硫 酸钠s d s 溶液中加入十二醇都有囊泡生成，而在相同条件下任意单一组分都不会形 成囊泡【2 8 】。 1 3 囊泡形成机理探讨 囊泡的形成可以通过两种方式：一种是施加外力，如超声波、挤压等，另一一种 是通过选择合适的表面活性剂自发形成。就形成机理而言，前者可以理解为两亲分子 获得能量重新组合，由平面双层弯曲得到了闭合囊泡。而后者在没有外力的作用下， 济南太学硕士学位论文 如何由单体分子、胶束或双层自发转变为囊泡，以及囊泡形成后如何稳定存在，一直 是近期研究的热点。这对于研究这一特殊的聚集体的物理化学性质及实际应用有着重 要意义。 丁h f o r d 和l s r a e l a c h v i l i 等人【2 6 1 提出的堆积因子理论认为，两亲分子形成有序组 合体时的聚集方式取决于分子的结构因素p = v l 。，其中v 是疏水链所占体积，a o 是 亲水基团所占截面积，1 。是疏水链长p 值与各种有序结构的对应关系为：( 1 ) 球形 胶团：o p l 3 ；( 2 ) 棒状胶团：1 3 尸 1 2 ；( 3 ) 囊泡或者层状结构：l ，2 p 1 。一般情况下，单链表面活性剂的极性头所占截面积相对于其疏水链体积 v 较大，p 较小( 9 0 ， n a 2 s 0 4 7 ，h 2 0 9 0 ，n a 2 s 0 4 7 ，h 2 0 3 ) ，北 京市旭东化工厂，二次提纯；十六烷基三甲基溴化铵( c t a b ) ，s i g m ac o ；十二烷 基磺基甜菜碱( l s b ) ，s i g m ac o ：双( 2 - 乙基己基) 琥珀酸磺酸钠( a o t ) ，s i g m a c o ：均为分析纯；n a c l ，上海试剂公司，分析纯；聚乙烯基毗咯烷酮( p v p ，i ( 3 0 ) ， 分子量3 8 0 0 0 ，进口分装；n a o h k h 2 p 0 4 缓冲溶液( p h = 6 8 ) ，实验用水为三次水。 储备液：c a l c e i n ( 1 o 1 0 4 m ) 和c o c l 2 ( 1 o 1 0 。2 m ) 避光保存。 精确称量不同浓度及不同复配比例的囊泡体系所用固体表面活性剂的量，固体 n a c l 的量以及固体p v p 的量，用含钙黄绿素( 1 o l o 。6 m ，1 0 m 1 ) 的缓冲溶液溶解， 轻微地摇荡，在2 5 下放置1 2 小时以后进行测试。 4 2 2 荧光实验 荧光测定使用岛滓r f 5 4 0 型荧光光谱仪，发射波长5 1 5n i n ，激发波长4 9 5 m n ， 激发狭缝2 n i n ，发射狭缝1 衄。 4 3 实验原理 在囊泡形成之前向溶液中加入钙黄绿素，因而形成囊泡后在其双层膜内外有等浓 度的钙黄绿素分子存在，加入氯化钴后，c 0 2 + 与囊泡外的钙黄绿素络合，即猝灭掉外 面的钙黄绿素( 氯化钴不能进入到囊泡内部【2 4 1 ) ，荧光强度降低。此时膜内外存在氯 化钴化学势差别，钙黄绿素有不断从囊泡内向外渗透的趋势，如果渗出则会被囊泡外 过量的氯化钴猝灭，导致荧光强度持续降低。因此，通过测定加氯化钴前后的荧光强 度随时间的变化和最终的强度数值即可判断其渗透情况，并计算囊泡对钙黄绿素的包 封量。但由于钙黄绿素分子体积大于一般的小离子，直径大约1 m 左右【2 5 】，因此它 的渗透不仅与化学势的差别有关，更重要的是要取决于囊泡双层膜的强度和孔隙大 小。外部双层膜中表面活性剂分子不同的复配比例、盐的压缩、高分子的参与都会影 响其渗透。如果囊泡双层膜的强度足够大，空隙足够小，钙黄绿素将被完全包住，荧 济南大学硕士学位论文 光强度在囊泡外部被猝灭后将保持不变，如示意图4 1 所示。 4 3 1原理示意图 4 1 原理示意图 s c h e m e4 1s c h e m a t j cd r a w i n g0 f t h e 玎u o r e s c e n c i n g ，v e s i c l ee n t r 印p e dc a l c e i nw i t | lt | l eq u e n c h i n g a g e n tc o b a l ic h l 0 一d e 4 - 3 2 包封量的计算 假设在缓冲溶液中，钙黄绿素的荧光强度为凡一，加入氯化钴后发生络合，荧 光强度降低变为e 一，则猝灭比率为： y = f l t 自i f q 空自 在囊泡体系中，设钙黄绿素总的分子数为n ，每个钙黄绿素分子原始的荧光强度 为而，可得囊泡体系中钙黄绿素总荧光强度凡= h 而，由于囊泡体系具有较强的散射光， 并产生一定的浑浊，因此荧光强度小于空白缓冲液中荧光强度凡t 。再假设囊泡t 时刻包住的分子数为勒，则外部的为向砌 则加入氯化钴后，氯化钴与囊泡外部 钙黄绿素分子络合，荧光强度降低，假设其荧光强度为尼， 则囊泡体系实际总荧光 强度为囊泡内部钙黄绿素分子荧光强度与外部钙黄绿素分子荧光强度之和 4 7 表面活性剂囊泡的自发形成及性能研究 f # f x d o 七 n - x o ) l c 而根据空白缓冲液的猝灭比率，如果囊泡内的钙黄绿素分子完全与氯化钴络合， 其最终荧光强度应为 为 f c 毽= y 民 其中f c 。* 为络合后囊泡的荧光强度。 ( 2 ) 综合( 1 ) 式和( 2 ) 式，可以得到t 时刻囊泡的包封量( e m e r a p m e mq u a n t i t y ) e = = xo ，n = x o ( i o - i ) n ( i 旷i c ) = 婚rf c 曲f 旺旷f c 由xlo o ( 3 1 4 _ 3 3 包封率的计算 囊泡的包封率为任意时间t 时囊泡的包封量与t = o 时囊泡包封量的比值 包封率= 岛岛x j d d 9 6 ( 4 ) 但是由于钙黄绿素的猝灭本身就需要一定的时间，因此，仁o 的确定存在很大 困难，因此提出本公式仅作为参考，下面的计算中没有涉及到包封率的计算。 4 4 结果与讨论 4 4 1 钙黄绿素的实验条件 4 4 1 1 钙黄绿素的工作曲线 在p h = 6 8 的缓冲溶液中配制一系列浓度的钙黄绿素溶液并测其荧光强度，并将 其荧光强度与浓度的关系绘制成曲线，见图4 1 。 4 8 济南大学硕士学位论文 1 6 0 划 瓢 米4 0 糕 2 0 0 2o0 0 0 o 6oo 0 0 0 e 钙黄绿素浓度( m o 忆) 图4 1 钙黄绿素的工作曲线 f i g u r e4 1v a r i a t i o no f t h en u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo f c a l c e i nw i t hc o n c e n t r a t i o n 从图4 1 中看出，在浓度较低时荧光强度随浓度增加而增强，在1 1 0 m 0 1 l 左 右达到极值，在浓度更高时由于分子间碰撞增多产生自猝灭现象【2 6 】，荧光强度剧烈下 降。钙黄绿素使用浓度选择在小于1 1 0 。5 m o l l 为宜。由图4 1 可知，钙黄绿素在o 一8 1 0 。6 m o l l 的浓度范围内呈线性关系，本实验选择l 1 0 6 m o l l 的钙黄绿素。 4 4 1 2 温度的影响 钙黄绿素荧光强度随温度的升高而减弱，温度升高可加剧分子的运动口7 1 ，使分子间 碰撞增多产生自熄灭，故选择在室温下( 2 0 ) 即可。 4 4 1 3 缓冲溶液用量的影响 当缓冲液用量占溶液总体积1 5 时，荧光强度达到最大，缓冲液量再增加荧光强 度亦无变化，故缓冲液加入量占溶液总体积的1 5 左右即可。 4 4 2c 0 2 + 对钙黄绿素的猝灭 钙黄绿素与c 0 2 + 反应，生成的配合物无荧光2 8 1 ，两者形成配合物的摩尔比为1 ：1 。 其反应式4 2 如下： 表面活性剂囊泡的自发形成及性能研究 示意图4 2c 0 2 + 与c a l c e i n 的反映方程式 s c h e m e4 2r e a c t i o ne q u a t i o no f c 。2 + 卸dc a i c e i n + 2 小 在猝灭的过程中，为了防止体系体积的变化，故配制浓度较大的氯化钴，用微量 进样器加入。从图4 f 2 可以看出，加入氯化钴后钙黄绿素的荧光强度在1 分钟内迅速 降低，然后逐渐趋缓，5 分钟后基本不变。而在囊泡体系中，由于双层膜的存在，钙 黄绿素的荧光强度值降低减缓，最终的荧光强度值要大于空白样中的，这正说明了用 此方法计算囊泡对钙黄绿素包封量的可行性。 钙黄绿素与氯化钴的猝灭比为1 ：l ，实验也考查了过量氯化钴猝灭钙黄绿素的情 况( 图4 2 ) 。随着氯化钴浓度的提高，猝灭速率也有所提高，但是不明显。本实验选 用钙黄绿素与氯化钴为l ：1 的猝灭比。 o1 02 04003 5 04 0 0 4 5 0 l ( m i n ) 图4 2 氯化钴猝灭钙黄绿素的动力学曲线 f j g u r e4 2d y n a m i c so f c 0 2 + q u e n c h i n g c a l c e i no f v e s i c l e m e m b r a n e i n b u 髋r s 0 1 u i o na td i 俄r e n t q u e n c h i n gr a t i oa 1 1 di nv e s i c i es o l u t i o n ( s d b s l s b = 6 “，c s u 血咖n = o 0 0 5 m ) 5 0 器 孪 舞淼 o t 删。 塔卜誉 加 己 竹 。 誊cmlu一8c8世o n l l 济南大学硕士学位论文 4 4 3 囊泡体系的包封量与渗透性的分析 4 4 3 1s d b s l s b 复配体系 4 4 3 1 1 复配比例和表面活性剂浓度对s d b s ，l s b 体系包封量的影响 由阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠( s d b s ) 与两性表面活性剂十二烷基磺 基甜菜碱( l s b ) 复配的体系需要盐引发才能形成囊泡。以3 ：7 为临界比例，小于 此比例即使加盐也不能形成囊泡【l 。由于在配制囊泡体系时使用了缓冲溶液，具有一 定的离子强度，因此在加盐时将其考虑在总盐度内。 表面活性剂浓度提高，形成囊泡的数量增加【1 4 2 ”，必然会导致囊泡对钙黄绿素的 包封量的提高。根据公式( 3 ) 计算出的囊泡体系的包封量如图4 t 3 所示。从图4 3 可以看出，此体系的包封量较低，即使在高浓度的体系中，其最大包封量也只有3 0 左右，最小的还不到1 0 。这是由于两表面活性剂的电性引力很小，因此形成的囊 泡双层必然很松散，钙黄绿素容易渗出，从而导致其很低的包封量。 ：， l ， ：l “国霪羁雾雾 s d b s ，l s b 图4 3s d b s 几s b 体系不同配比及不同浓度下的包封量 f i g u r e4 3 v ，州a t i o no f t h ee n c a p s u l a t i o no f v e s i c l e sf m ms d b s ，l s bt oc a l c e i nw i t ht h em i x i n gr a t i o a n dc o n c e n t r a t i o ni no 1 mb u 艉rs o l u t i o n ，b l a n kc 0 1 u m n sr e p r e s e n tc o n c e m r a t i o no f 0 0 0 5 m ，t e x t u r e d c 0 1 u m n sr e p r e s e n tc o n c e n t r a t i o no f o o l m 4 4 3 1 2 盐度对s d b s l s b 体系包封量的影响 盐可以压缩表面活性剂的亲水头基，使其排列的更紧密，促进了囊泡的形成【1 4 ，2 9 一謇一5写ja8cu 表面活性剂囊泡的自发形成及性能研究 囊泡体系中的钙黄绿素猝灭动力学如图4 4 所示。从图4 4 可以看出，随着盐度的增 加，钙黄绿素的荧光强度值降低得越来越慢，这是由于随着盐度的增加，囊泡的数量 逐渐增加，膜的刚性增强的缘故。 图4 4 钙黄绿素在不同盐度的囊泡体系中的释放动力学 f i g u r e4 4d y n a m i c so f c a l c e i nr e l e a s i n gf o mv e s i c l e si nv a r i a t i o no f t h ei n c r e a s eo f s a l l n i ty ，a t od r e p r e s e n ts a l i n i i yo f 0 0 3 4m ，o 0 6 8m ，0 2 0 5m ，0 3 4 2m ，s d b s ，l s b = 4 6 ，c 5 铀a n i = 00 0 5 m 图4 5 囊泡的包封量随盐度的变化 f i g u r e4 5 晡a t i o no f e n c a p s u l a t i o no f v e s i c l e s ( s d b s l s b = 4 6a n d3 7 ) w i t hs a l i n i t y ； c s 。乜n l = 0 0 0 5 m 由计算可知，随着盐度的提高，囊泡的包封量也逐渐提高( 如图4 5 ) 。对于 济南大学硕士学位论文 s d b s ，l s b = 4 ：6 的比例来说，包封量从未加盐的9 增加到盐度为o 5 m 时的1 8 。 特别是对于临界比例s d b s l s b = 3 ：7 ，其在无盐或低盐度下不能形成囊泡，因此也不 能对钙黄绿素产生包封，图4 5 曲线的一开始即前几个点包封量为o ：随着盐度的增 加，囊泡逐渐形成，包封量开始上升，在盐度为0 4 m 时，囊泡的包封量为4 。 4 ，4 3 1 3p v p 对s d b s l s b 体系包封量的影晌 聚乙烯基吡咯烷酮( p v p ) 同时含有亲水基团与亲油基团，但是它和水分子有强烈 结合的趋势，因此在水中有很大的溶解度。在水中存在共振结构( 如示意图4 3 所示) 。 n习 n j l n 示意图4 3p v p 在水中的共振结构 s c h e m e4 3r e s o n a n c eo fp v pm o l e c u l e n 原子上的孤对电子与环上的羰基形成p 。兀共轭体系，使得电子云偏向0 原子， 因此n 原子显示弱的正电性，o 原子带弱的负电性与水分子形成氢键，整个p v p 分 子在水中显正电性【3 0 】。因此可以预测，显正电性的p v p 分子可能会和带负电的囊泡 有作用，由于此作用力较弱，溶液不会产生沉淀而影响囊泡的数量。p v p 分子一旦和 囊泡作用，即吸附在囊泡表面或穿插到囊泡的双层中( 如示意图4 4 所示) ，必然会引 起包封量的提高。 + 示意图4 4p v p 与囊泡的作用 s c h e m e4 4i i l u s t r a t i o no f t h ep o s s i b l ei 眦r a c t i o nb e t w e e np v pa n dn e g a t i v e l yc h a r g e dv e s i c l e 豫。 查亘重堡型茎塑竺璺茎翌些墨丝! ! 里茎 一 图4 6 不同p v p 浓度下钙黄绿素在囊泡中的释放动力学 f i g u r e4 6d y n a m i c so fc a l c e i nr e l e a s i n gf b m v e s i c l e si nv a r i a t i o no fm ep v pc o n c e n t r a t i o n - at oe r e p r e s e n tp v pc o n c e n t r a t i o n so fl 1 0 4 m ，2 1 0 4 m ，4 1 0 4 m ，6 1 0 4 m ，8 1 0 4 mr e s p e c t i v e l y c m ( m o 图4 7 囊泡的包封量随p v p 浓度的变化 f i g u r e4 7 m a i i o no f e n c a p s u l a t i o no f v e s i c l e s ( s d b s 几s b ；4 ，6a n d6 “，s a l i n i t y = 0 1 m ) w i t h p v po f d i 骶r e n tc o n c e n t r a t i o n ，c 蛐i = 0 ，0 0 5 m 一)uo要nen8击 济南大学硕士学位论文 囊泡的包封与释放随着p v p 浓度的不同而变化的过程可通过钙黄绿索的猝灭动 力学来表示( 如图4 6 所示) ，随着p v p 浓度的提高，荧光强度值降低得越来越慢。 荧光强度值降低得越慢。囊泡的释放过程越慢，这就说明了由于p v p 的作用，囊泡 的双层膜得到了加强。 图4 7 表明了s d b s 几s b = 6 4 ，4 6 体系的包封量与p v p 浓度的关系。从图4 7 可以看出，对于s d b s l s b = 6 ，4 体系来说，随着p v p 量的增多，囊泡的包封量逐渐 增加，当p v p 浓度从o m 增加到4 1 0 4 m 时，包封量从1 9 增加到4 6 。 s d b s ，l s b = 4 6 体系的包封量与p v p 浓度的变化和s d b s l s b = 6 ，4 体系趋势相同。当 p v p 的浓度大于4 l o 4 m 时，囊泡的包封量基本不变，说明两者的作用达到饱和。 4 4 3 2 a o t ，l s b 复配体系 4 4 - 3 2 1 a o t l s b 复配体系包封量的计算 5 0 4 0 萝 i 3 0 i 拍 ，。 图4 8a o t 几s b 体系不同比例的包封量 f i g u r e4 8 v a r i a l i o no f t h ee n c a p s u l a t i o n0 f v e s i c l e s f 如m a o t l s b t o c a l c e i n w i t h l h e m i x i n gr a t i o s ， c s c i = o 0 0 5 m 十二烷基磺基甜菜碱( l s b ) 与双( 2 一乙基己基) 琥珀酸磺酸钠( a o t ) 复配体 系中囊泡的自发形成也需要盐的引发。由于a o t 几s b = 3 ：7 这个比例是盐引发形成 囊泡的临界比例，小于此比例在任何盐度都不能形成囊泡，故此处是从a o t l s b = 4 ：6 的比例开始计算包封量的，计算公式为( 4 ) 式，结果如图4 8 所示。从图4 8 中看出： 表面活性剂囊泡的自发形成及性能研究 8 ：2 这个体系的包封量高与其他比例。其他的比例包封量都比较低，并且大小不一。 4 4 3 2 2 盐度对a o t l s b 体系包封量的影响 图4 9 钙黄绿素在不同盐度的囊泡体系中的释放动力学 f i g u r c4 9 d y n a m i c so f c a l c e i nr e l e a s i n gf r o mv e s i c l e si nv a n a t i o no f t h ej n c r e a s eo f s a l i n i 吼at 0d r e p r e s e n ts a l i n i t yo f o 0 6 8m ，o 1 0 3m ，0 2 0 5m ，0 3 4 2 m ，a o t l s b = 3 7 ，c s 。矗c 【a n t = 0 0 0 5 m 也0 5o 00 50 1 00 1 5o2 002 5 o3 003 5 鞠竹( m o 儿) 图4 1 0 囊泡的包封量随盐度的变化 f i g u r e4 1 0 v a r i a t i o no f e n c a p s u l a t i o no f v e s i c l e s ( a o t ，l s b = 3 7 ) w i t hs a l i n “y ； c s m f a c i j m f _ 0 0 0 5 m 盐可以压缩表面活性剂的亲水头基，使其排列的更紧密，囊泡体系中的钙黄绿素 猝灭动力学如图4 9 所示。从图4 9 可以看出，随着盐度的增加，钙黄绿素的荧光强 圉 皇兰 。、一 6 d 2一邑u。量aa8击 济南大学硕士学位论文 度值降低得越来越慢，这是由于随着盐度的增加，囊泡的数量逐渐增加，膜的刚性增 强的缘故。 由计算可知，随着盐度的提高囊泡的包封量也逐渐提高( 如图4 1 0 ) 。对于 a o t ，l s b = 3 ：7 这个临界比例来说，当盐度达到0 3 4 m 时，囊泡的包封量可以提高到 9 。 4 4 3 2 _ 3p v p 对a o t l s b 体系包封量的影响 p v p 在水中的性质如前所述，它在水中呈现动态正电性，和带负电的囊泡相互作 用，吸附在囊泡表面或穿插到囊泡的双层中，则必然会引起包封量的提高。从图4 1 1 可以看出：对于a o t 几s b = 6 4 体系来说，随着p v p 量的增多，囊泡的包封量逐渐 增加，当p v p 浓度为8 1 0 。4 m 时，囊泡的包封量可达到4 0 。a o t l s b = 4 6 的体 系包封量增加的幅度较大，当p v p 浓度从o m 增加到8 1 0 4 m 时，包封量从6 增 加到3 6 。 墨2 5 5 詈2 0 g1 5 0 0 0o 0 2oo d “0 o o b c p ( m o i ，l ) 图4 1 1 囊泡的包封量随p v p 浓度的变化 f i g u r e4 1 1 v a r i a t i o no f e n c a p s u l a t i o n o f v e s i c l e s ( a o t ，l s b = 6 “a n d4 ，6 ) w i m p v p o f d i 腩r e n tc o n c e n t r a t i o n ，c s u 咖i a l l c = 0 0 0 5 m 4 4 3 3 s d b s c t a b 复配体系 4 4 3 3 1s d b s c t a b 复配体系包封量的计算 阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠( s d b s ) 与阳离子表面活性剂十六烷基三 一7 j 一 一 一 州 一 叫 卢 一 一 表面活性剂囊泡的自发形成及性能研究 甲基溴化铵( c t a b ) 复配可以自发形成囊泡。本实验配制o 0 0 5 m 的囊泡体系，并 且选择了九个复配比例，分别计算其包封量( 如图4 1 2 所示) 。 由图4 1 2 可以看出，表面活性剂的复配比例不同，囊泡的包封量也不同，说明 不同比例下体系中的囊泡数量不同，总体来看是先随着c t a b 的减少而下降，但在比 例接近于l 时，两者作用力增强，囊泡数量增加，包封量也增加，随后在 s d b s c t a b = 7 3 以后，随着s d b s 的增加，包封量叉开始逐渐上升。其中 s d b s c t a b = 7 3 时的包封量是最小的，在6 ：4 时最大。 23456789 s d b s c t a b 图4 1 2s d b s ，c t a b 体系不同比例的包封量 f i g u r e4 1 2v 廿i a t i o no f t h ee n c a p s u i a t i o no f v e s i c l e sf m ms d b s c t a bt oc a i c e i nw i t ht h em i x j n g r a t i o s ，c s m i - 0 0 0 5 m 4 4 1 3 3 - 2 p v p 对s d b s c t a b 体系包封量的影响 柏 o 一掌芒o；旦jn8c 济南大学硕士学位论文 0 0 o 0 0 20 0 00 6 o d 0 0 b c m ( m ) 圈4 1 3 囊泡的包封量随p v p 浓度的变化 f i g u r e4 1 3 v a r i a t i o no f e n c a p s