（化学工程与技术专业论文）脂肽类表面活性剂在固液界面的吸附研究.pdf

关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：- 1 年6 月f 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：卜- 年f 月f 日 日期：弦f 1 年，月f 日 摘要 脂肽类表面活性剂是由微生物产生的一类非常重要的生物表面活性剂。由于它们具 有生物相容性、生物降解性、较高的表面活性及抗菌活性而被广泛重视。然而，天然脂 肽类表面活性剂含有多种成分，这为其结构功能关系的研究带来了巨大困难。本实验 合成了一系列阳离子脂肽类表面活性剂c 1 4 k 。( n = 1 4 ，k 表示赖氨酸，c 表示十四酸的 酰基链) 并且使用椭圆光谱及中子反射技术对其在亲水二氧化硅水界面及疏水c 8 水界 面的吸附行为进行了考察，为进一步深入理解脂肽类表面活性剂结构功能关系提供依 据。 表面张力测量发现，脂肽类表面活性剂c 1 a k n 可以将水的表面张力降到3 0 4 0 m n m ，并且具有很低的临界胶束浓度( c m c ) ，其中c m c c l 4 k ! = 0 5 5m m o l l 一。c 1 4 k 。 的c m c 随着头基赖氨酸残基数目( n ) 的增加而增加。 用椭圆光谱对c 1 4 k 。在亲水二氧化硅水界面吸附动力学的研究发现，c 1 4 k 1 4 在亲 水二氧化硅水界面的吸附动力学是两步吸附过程：即在初始的2 3m i n 内，吸附量快速 上升，而且大部分表面活性剂吸附于界面；随后是分子在界面吸附层内结构调整，达到 吸附平衡阶段。c 1 4 k i 约在1 5 2 0m i n 而c 1 4 k 2 4 则在3 0m i n 内吸附量达到最大平台值。 c 1 4 k 。的初始吸附速度和平衡吸附量随着头基赖氨酸残基数目n 的增加而下降，由此推 断c l 。k 。在界面吸附动力学是受分子结构影响的。 p h 、温度及盐对c 1 4 k n 在二氧化硅水界面的吸附行为也有明显影响，具体表现为 界面吸附量随着p h 及温度的升高而增加。n a c l 对c i 4 k 。的影响是，当在盐浓度低于某 个“盐浓度界限”时，c 1 4 k 三个表面活性剂的界面吸附量下降；而高于“盐浓度界 限”时，c j 4 k 1 3 吸附量增加，但是c 1 4 k 4 的吸附量与没有加盐的相同。“盐浓度界限” 随着头基赖氨酸残基数目n 的增加而增加。 使用中子反射及部分同位素标记技术对脂肽类表面活性剂界面吸附结构的研究发 现，c 1 4 k 。在亲水二氧化硅水界面形成双分子层结构，即“三明治结构”。这种结构与 传统非离子表面活性剂c 1 2 e 6 及阳离子表面活性莉c 1 6 t a b 在二氧化硅水界面的吸附结 构类似。在此结构中，内层的赖氨酸残基( k ) 与带有负电荷二氧化硅表面之间的静电 吸引作用启动分子在界面的吸附过程，赖氨酸残基头基吸附于界面；c 1 4 酰基链之间的 疏水相互作用，则驱动形成背对背的中间疏水区域；外层的k 指向溶液并与内层对称。 在双分子层中，头基亲水区域的厚度保持在8 11a ，但是尾部疏水区域的厚度则由c 1 4 k i 的2 6a 下降到c 1 4 k 2 的2 la 、c 1 4 k 3 的1 4a 及c 1 4 的1 4a 。c 1 4 k 2 双分子层具有最高 的体积百分数，与其有最低的水分子缔合度相一致。cj 4 k 3 4 带有最多的k ，缔合的水分 子数目最多。 c 1 4 k 。在亲水二氧化硅脉界面上的吸附量、整个双分子层的厚度、水与分子的缔合 程度、酰基链之间及头基与尾基之间的混合程度主要取决于头基的大小。头基赖氨酸残 基数目的增加并不引起头基区域厚度的明显增加，主要由于头基中的r 基通过静电吸 引作用而锚定于二氧化硅表面，使其保持在8 1 1a 。头基赖氨酸残基数目增加导致的分 子截面积增加则是酰基链之间及头基与尾基之间的混合程度增加的主要原因，表现为疏 水区域的厚度逐渐降低。 c 1 4 k 。在疏水界面的吸附行为与在亲水界面吸附类似，而且c 】4 k n 在疏水界面的初始 吸附速度及饱和吸附量也是随着头基赖氨酸残基数目的增加而减少。但是，具有相同最 小吸附量( 0 4 0 8m g m 之) 的溶液浓度在疏水界面的( c m c 5 0 0 1 0 0 0 ) 远远低于在亲水 界面的( c m c 4 4 0 ) ，可以推断c 1 4 k 。与疏水界面的疏水作用较强。 与在亲水二氧化硅界面吸附形成的双分子层结构不同，c 1 4 k 。在疏水c 8 水界面吸 附则形成包括两个亚层的单分子层结构。第一亚层是由c 1 4 酰基链组成并与c 8 表面接 触；第二亚层是由带有正电荷的赖氨酸残基组成并伸进体相。头基区域的厚度分别为 c 1 4 k l 是1 0a 、c 1 4 k 2 是1 3a 、c 1 4 k 3 是1 2a 及c 1 4 是1 4a 。根据头基的理论长度， 此结果提示c 1 4 k l 及c 1 4 k 2 的头基与界面几乎垂直，而c 1 4 k 3 及c 1 4 倾斜远离表面法 线或呈无规则卷曲状态。c 1 4 k l - 4 酰基链c 1 4 形成的疏水区域厚度分别是1 7a 、1 3a 、 1 0a 及9a ，表明随着头基赖氨酸残基数目增加尾基倾斜程度加大，这是由于头基占据 的空间也随之相应增大，使尾基有足够空间倾斜。 关键词：脂肽类表面活性剂，亲水二氧化硅水界面，疏水c 8 水界面，吸附动力学，界 面吸附层结构 a n da n t i b a c t e r i a la c t i v e ，t h e ya r ea t t r a c t i v ef o raw i d er a n g eo fa t t e n t i o n s n a t u r a ll i p o p e p t i d e s u r f a c t a n t sa r eh o w e v e r i m p u r e ，i t i sh e n c ed i f f i c u l tt ou s et h e mf o re x p l o r i n g s t r u c t u r e f u n c t i o nr e l a t i o n i nt h i sw o r k ，as e r i e so fc a t i o n i cl i p o p e p t i d es u r f a c t a n t sc1 4 k n ( n = 1 4 ) ，w h e r ec d e n o t e sm y r i s t i ca c y lc h a i na n dkd e n o t e sl y s i n e ( l y s ) , h a sb e e ns y n t h e s i z e d a n dt h e i ri n t e r f a c i a lb e h a v i o rw a sc h a r a c t e r i z e db ys t u d y i n gt h e i ra d s o r p t i o n a tt h e h y d r o p h i l i cs i l i c a w a t e ri n t e r f a c ea n dh y d r o p h o b i cc s w a t e ri n t e r f a c eu s i n gs p e c t r o s c o p i c e l l i p s o m e t r y ( s e ) a n dn e u t r o nr e f l e c t i o n 洲r ) s u r f a c et e n s i o no fl i p o p e p t i d es u r f a c t a n t sc 1 4 k ns h o w e dt h a tt h e yr e d u c e dw a t e rs u r f a c e t e n s i o nt o3 0 4 0m n m 1a n dt h e i rc m c sw e r ev e r yl o w , f o re x a m p l ec m cc 1 4 k i = 0 5 5 m m o l l da n dc m c si n c r e a s e dw i t ht h en u m b e ro fl y s i n eh e a dg r o u p ( n ) s er e v e a l e dt h a tt h ed y n a m i ca d s o r p t i o np r o c e s so fc 1 4 k na tt h eh y d r o p h i l i cs i l i c a w a t e r i n t e r f a c ei sc h a r a c t e r i z e db yt w os t e p s ：af a s tf i r s ts t e pa s s o c i a t e dw i t ht h es h a r pi n c r e a s ei n t h ea d s o r b e da m o u n t ( 1 3w i t h i nt h ef i r s t2 - 3m i na n dt h es u b s e q u e n ts l o ws t e pl e a d i n gt oa n a d s o r p t i o np l a t e a u m a j o r i t yo f t h el i p o p e p t i d ew a sf o u n dt oa d s o r bw i t ht h ef a s ti n i t i a ls t e p b u tt h es u b s e q u e n ts t r u c t u r a lr e l a x a t i o na n da d j u s t m e n tl e dt ot h ea d s o r p t i o np l a t e a u i tt o o k a b o u t15 2 0m i nf o rc 1 4 k it or e a c he q u i l i b r a t i o nw h i l s ti tt o o ks o m e3 0m i nf o rc1 4 k 2 - 4t o r e a c ht h es a m es t a t e t h ei n i t i a lr a t eo ft i m ed e p e n d e n ta d s o r p t i o na n dt h ee q u i l i b r a t e d a d s o r b e da m o u n ts h o w e ds t e a d yd e c r e a s ew i t hi n c r e a s i n gn ，i n d i c a t i n gt h ei m p a c to f m o l e c u l a rs i z e ，s t r u c t u r ea n dc h a r g e i tw a sf o u n dt h a tp h ，t e m p e r a t u r ea n ds a l th a das t r o n ge f f e c to nci4 k na d s o r p t i o na tt h e s i l i c a w a t e ri n t e r f a c e t h es u r f a c ea d s o r b e da m o u n ts h o w e das t e a d yi n c r e a s ew i t hp ha n d t e m p e r a t u r e t h ea d s o r b e da m o u n t f r o mc 14 k i - 3w i t hs a l td r o p p e db e l o wc r i t i c a l s a l t c o n c e n t r a t i o n ，b u tr o s ea b o v ec r i t i c a ls a l tc o n c e n t r a t i o n h o w e v e r , t h ea d s o r b e da m o u n to f c 1 4 k 4a l s od e c r e a s e db e l o wc r i t i c a ls a l tc o n c e n t r a t i o n ，b u tr e m a i n e dc o n s t a n ta b o v ec r i t i c a l s a l tc o n c e n t r a t i o n t h ec r i t i c a ls a l tc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dw i t hn n r i nc o n j u n c t i o nw i t hd e u t e r i u ml a b e l i n g ，r e v e a l e dt h ef o r m a t i o no fs a n d w i c h e d b i l a v e r sf r o mc 1 4 k n ，s i m i l a rt oc o n v e n t i o n a ls u r f a c t a n t ss u c ha sn o n i o n i cc 1 2 e 6a n dc a t i o n i c c l6 t a b i nt h i sm o d e l ，t h ei n n e rl a y e ro fkg r o u p si n t e r a c t e d w i t ht h ew e a kn e g a t i v e l y c h a r g e do x i d es u r f a c et oi n i t i a t et h ea d s o r p t i o n ；t h eh y d r o p h o b i ca f f i n i t yb e t w e e n t h ec 1 4a c y l c h a i n sd 1 o v et h ef o r m a t i o no ft h eb a c k t o b a c kh y d r o p h o b i cr e g i o n ，w i t ht h eo u t e rkg r o u p s p o i n t i n gt o t h eb u l ks o l u t i o n t h et h i c k n e s so fh e a dg r o u pr e g i o n sw a sa l m o s tc o n s t a n t r a n 画n gf r o m8t o11a ，b u tt h et h i c k n e s so fh y d r o p h o b i cr e g i o n sd e c r e a s e df r o m2 6a o f c 1 4 k lt o2 1a o fc 1 4 k 2 ，1 4ao fc 1 4 k 3a n d1 4ao fc 1 4 k 4 t h eh i g h e s tv o l u m ef r a c t i o no f c l4 k 2i nt h eb i l a y e rm a t c h e dt h el o w e s tw a t e ra s s o c i a t i o n ，b u tt h eh ig h e s tw a t e rv o l u m e f r a c t i o ni nt h eb i l a y e rw a so b s e r v e df r o mc i4 k 3 - 4w i t ht h eh i g h e s tn n rs t u d i e se x a m i n e dt h a tw h i l s ta l ll i p o p e p t i d es u r f a c t a n t sf o r m e dd i s t i n c tb i l a y e r s ，t h e a d s o r b e d 锄o u n t ，t h et o t a lb i l a y e rt h i c k n e s s ，t h ee x t e n to fw a t e ri n c o r p o r a t i o na n dt h ee x t e n t o fb a c k t o - b a c kc h a i n c h a i na n dc h a i n h e a di n t e r m i x i n gw e r eh i g h l yd e p e n d e n to n t h es i z eo f t h eh e a dg r o u p i n c r e a s ei nnl e dt ol i t t l ec h a n g ei nt h et h i c k n e s so f t h eh e a dg r o u p ，c o n s i s t e n t w i t l lt h ea s s u m p t i o no ft h ea n c h o r i n go frg r o u p st o t h eo x i d es u r f a c ev i ae l e c t r o s t a t i c a t t r a c t i o n i n c r e a s ei nt h ec r o s s s e c t i o n a la r e aw i t hn w a sr e s p o n s i b l ef o ra l lc h a n g e so b s e r v e d ， i np a n i c u r a f ，t h ec h a i n c h a i n ，c h a i n h e a di n t e r m i x i n ga n da c y l c h a i nt i l t i n ga c r o s st h e i n t e r f a c e ，l e a d i n gt ot h et h i c k n e s so fh y d r o p h o b i cr e g i o n sd e c r e a s e d t h ed y n a m i ca d s o r p t i o np r o c e s so fc i 4 ka tt h eh y d r o p h o b i cc 8 w a t e ri n t e r f a c e i s s i m i l a rt oa tt h eh y d r o p h i l i cs i l i c a w a t e ri n t e r f a c ea n dt h ei n i t i a la d s o r p t i o nr a t ea n dt h e e q u i l i b r a t e da d s o r b e da m o u n ta l s os h o w e d d e c r e a s ew i t hi n c r e a s i n gn c 1 4 k na d s o r p t i o n o nt h eh y d r o p h o b i ec 8i n t e r f a c ef o r m e dam o n o l a y e r s t r u c t u r e c o n s i s t e do ft w os u b l a y e r sd i f f e r e n tf r o mt h eb i l a y e ro nt h eh y d r o p h i l i c s i l i c as u r f a c e t h e f i r s ts u b l a y e rn e x tt ot h ec 8l a y e rc o n t a i n st h eh y d r o p h o b i ca c y lc h a i n sa n dt h es e c o n do n e p o s i t i v e l yc h a r g e dl y s i n eh e a dg r o u p sp r o j e c t i n gi n t ot h eb u l ks o l u t i o n t h e t h i c k n e s so fh e a d 田o u pr e g i o n si s1 0a f o rc 1 4 k l ，1 2a f o rc 1 4 k 2 ，1 3af o rc 1 4 k 3a n d1 4af o rc 1 4 k 4 ， i n d i c a t i n gh e a dg r o u p so fc 1 4 k 1 2w e r ea l m o s tp e r p e n d i c u l a r t ot h es u r f a c ea n dt h o s eo f c 1 4 k 3 - 4t i l t i n go rc o i l i n g t h et h i c k n e s so fh y d r o p h o b i ca c y lc h a i n si s 1 7af o rc 1 4 k i ，1 3a f o rc 1 4 k 2 ，1 0af o rc 1 4 k 3a n d9 af o rc 1 4 i gt h a td e c r e a s e dw i t hnr e s u l t i n gf r o mt i l t i n gt a i l g r o u p s i n c r e a s ei nt h ec r o s s s e c t i o n a la r e a _ w i t hn _ c r e a t e di n c r e a s e ds p a c ei nt h et a i l r e g i o n ， r e s u l t i n gi n i n c r e a s e da c y lc h a i nt i l t i n ga c r o s st h ei n t e r f a c e ，l e a d i n gt ot h et h i c k n e s so f h y d r o p h o b i cr e g i o n sd e c r e a s e d k e yw o r d ：l i p o p e p t i d es u r f a c t a n t ，h y d r o p h i l i cs i l i c a w a t e ri n t e r f a c e ，h y d r o p h o b i cs o l i d w a t e r i n t e r f a c e ，d y n a m i ca d s o r p t i o n ，i n t e r f a c i a la d s o r p t i o ns t r u c t u r e i v 步吸附特征。初始吸附速度和平衡吸附量随着头基赖氨酸残基数目n 下降，而平衡吸附 时间则延长。p h 、盐及温度对c 1 4 k 。在界面吸附有明显影响。界面吸附量随着p h 及温 度的升高而增加。n a c i 对c 1 4 k n 的影响是，当在盐浓度低于“盐浓度界限”时，c 1 4 k n 的界面吸附量下降；而高于“盐浓度界限”时吸附量增加。“盐浓度界限”随着头基赖 氨酸残基数目n 的增加而增加。( 第三章) 2 详细解析了c 1 4 k 。系列分子在亲水二氧化硅水界面所形成的双分子层结构以及 赖氨酸残基数目对双分子层结构演变的影响规律。在此结构中，随着头基赖氨酸残基数 目( n ) 增加，虽然亲水区域厚度保持在8 11a ，但是酰基链之间及头基与尾基之间的 混合程度增加使疏水区域的厚度逐渐下降。( 第四章) 3 界面性质是影响c 1 4 k 。吸附动力学及吸附层结构的重要因素。与在亲水界面吸附 一样，c 1 4 k 。在疏水改性的c 8 水界面的吸附动力学也是两步吸附过程，但是界面最小吸 附量的溶液浓度远远低于在亲水界面的，说明分子与疏水界面之间的疏水作用力较强。 与在亲水二氧化硅表面形成的双分子层结构不同，c 1 4 k n 在疏水表面吸附形成单分子层 结构。在单分子层中，亲水区域厚度保持在1 0 1 4a ，疏水区域的厚度则随着头基赖氨 酸残基数目( n ) 的增加而下降。( 第五章) 1 4 天然生物表面活性剂5 1 4 1 天然生物表面活性剂的来源及分类5 1 4 2 天然生物表面活性剂的结构及性质6 1 5 合成脂肽类表面活性剂的结构及性质1 1 1 5 1 线型脂肽类表面活性剂1 3 1 5 2b o l a 型脂肽类表面活性剂1 7 1 5 3 孪连型脂类表面活性剂2 0 1 5 4 甘油酯型脂肽类表面活性剂2 l 1 6 选题目的和主要研究内容2 3 第二章实验技术与方法2 5 2 1 表面张力测量2 5 2 2 椭偏光谱2 6 2 2 1 椭圆偏光仪2 6 2 2 3 实验部分2 7 2 3 中子反射2 8 2 3 1 中子反射理论2 8 2 3 2 中子反射仪3 1 2 3 3 测量准备3 2 2 3 4 数据的分析与拟合一3 3 2 4 二氧化硅表面疏水改性3 4 2 4 1 原理3 4 2 4 2 疏水c 8 表面制备方法3 5 2 5 脂肽类表面活性剂的固相合成3 6 2 5 1 脂肽固相合成原理3 6 2 5 2 脂肽固相合成3 7 2 5 2 1 试剂预处理3 7 2 5 2 2 试剂配制3 7 2 5 2 3 脂肽合成3 7 2 5 4 产品纯化及纯度分析3 8 2 6 j 、结4 0 第三章脂肽类表面活性剂c 1 4 k 。在亲水二氧化硅水界面的吸附动力学研究4 1 3 1 前言4 1 3 2 结果与讨论4 3 3 2 1c 1 4 k 。的表面张力和c m c 4 3 3 2 2 浓度对吸附动力学的影响一4 5 3 2 3 分子结构对吸附动力学的影响4 8 3 2 4 p h 值对吸附动力学的影响5 4 3 2 5n a c l 对吸附动力学的影响5 6 3 2 6 温度对吸附动力学的影响5 8 3 3 小结6 l 第四章脂肽类表面活性剂c 1 4 k 。在亲水二氧化硅水界面吸附结构的中子反射研究6 3 4 1 前言6 3 4 2 结果与讨论6 3 4 2 1c 1 4 k l 在二氧化硅水界面的吸附结构6 3 4 2 2c 1 4 k 2 、c 1 4 k 3 及c 1 4 l 5 时，表面活性素即可溶解于水，而 在p h = 8 8 5 之间时，其溶解性最佳。它也溶于有机溶剂，如乙醇、丙酮、甲醇、丁醇、 氯仿及二氯甲烷。表面活性素具有较高的表面活性，浓度为1 5 6m g l 。1 时，可将水的表 面张力下降到3 6 m n m 。而且，在1 0 0 时，加热1 小时以及1 2 1 高压釜处理1 0 m i n 后，仍表现出极好的稳定性r 对较宽范围p h ( 5 - 1 3 ) ，也稳定。表面活性素的上清液或 粗提物具有极高的乳化指数，如对煤油的乳化指数分别是6 2 5 和5 9 、柴油6 2 5 和 6 6 、润滑油6 2 和6 6 。这一特点使表面活性素粗提物对碳氢化合物污染的土壤进行 生物修复以及在石油行业上应用具有潜在的价值。 1 0 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 1 5 合成脂肽类表面活性剂的结构及性质 研发具有高效性、生物降解性和生物相容性表面活性剂，设计制备分子的有效策略 是模拟天然两亲性分子结构，如脂氨基酸、磷脂和甘油酯。这些模拟天然结构的分子， 具有从氨基酸、寡糖和甘油那里获得的与传统表面活性剂不同的结构【2 2 1 。这些化合物可 以使用生物技术【4 3 4 5 1 和化学手段来制型4 “引。将极性氨基酸肽( 亲水结构) 和非极性长脂 肪链化合物( 疏水结构) 结合起来构建两亲性结构，形成具有高表面活性的分子。由于 氨基酸肽结构的多样性，以及通过改变脂肪酸链的结构、长度和数量，可使脂肽类表面 活性剂的分子结构及物理化学和生物学性质完全不同。脂肽类表面活性剂分子具有结构 简单、表面活性和抗菌性突出、对皮肤温和以及较高的生物降解性和生物相容性等特点。 同时，脂肽类表面活性剂作为两亲性分子，在水溶液中可以形成各种形态的自组装纳米 结构( 纳米纤维、纳米管及纳米囊泡) ，这些纳米结构在生物和物理化学方面具有许多 独特的性能，如结构可控及易于对其进行功能性修饰。所以，脂肽类表面活性剂在去污 剂、化妆品、制药、食品和生物材料等方面具有极其诱人的应用前景。 ab d c 图1 1 0 脂肽表面活性剂结构：a 线型或单链型、b b o l a 型、c 双子或孪连型及d 甘油酯型1 2 4 i 。 f i gl - 1 0 s t r u c t u r e so fl i p o p e p t i d es u r f a c t a n t s ：a 1 i n e a ro rs i n g l ec h a i n ，b b o l a ，c d i m e r i co r g e m i n ia n dd g l y c e r o l i p i d - l i k es t r u c t u r e s 氨基酸肽模体( m o t i f ) 决定了不同类型的脂肽表面活性剂吸附、聚集和生物活性 等方面的差异。因此，制备阳离子、阴离子和两性表面活性剂，主要取决于游离的官能 团，而且对这些基团进行修饰可以精准地调整脂肽表面活性剂的特性以符合每个具体应 用。氨基酸肽和长脂肪链结合起来，可以形成四种结构的脂肽表面活性剂( 见图1 1 0 ) 1 2 4 ：线型( 图1 一l o a ) ，b o l a 型( 图1 1 0 b ) ，双子或孪连型( 图1 1 0 c ) ，甘 y 、卢 第一章绪论 油酯型( 图1 1 0 d ) 。线型结构是由一个氨基酸和至少一个疏水尾基构成。b o l a 型是两个 氨基酸分别连在一个疏水尾基的两端。孪连或双子型结构是由通过共价间隔连接的两个 单体分子组成，因此双子型表面活性剂带有两个极性头基( 如两个氨基酸) 和两个疏水 尾基。甘油酯型可以认为是甘油一、二酯和磷脂的类似物，包括一个极性头基和一个或 两个疏水尾基，二者通过甘油骨架连在一起。 c h 3 _ c h j i三二二二二二二：器 c h 3 _ ( c h 2 ) ：一c o o h c h 3 - ( c h 2 ) r c ) n a l k y ld e r i v a t i v e b ) o o e s t e rd e r i v a t i v e h a 沁i - 卜c o 州c h ) _ c h s 叱一f 一洲 r r c h j o h n c h 2 ) ，h 2 n h a 沁( ：i - i - c o 沪( c h 2 ) - c h s r d ) 0 a - a m i d ed e r i v a t i v e 图1 - 1 1 氨基酸与脂肪链的不同连接方式：a ) 鲥i ( a c y i ) 、b ) 酯、c ) 烷基及d ) 酰胺键i 镐l 。 f i gl - 11 d i f f e r e n tt y p e so fl i n k a g eo ft h ef a t t yc o m p o n e n t st ot h ea m i n oa c i df u n c t i o n s ：a ) a c y l ，b ) e s t e r , c ) a l k y lo rd ) a m i d el i n k a g e s i 鹪1 氨基酸是蛋白质的基本结构单位，它们通过肽键相互连在一起。蛋白质通常是由2 0 种不同的a 氨基酸构成。根据氨基酸侧链的离子性质，氨基酸可分为以下三种：中 性氨基酸：侧链为非离子，包括脯氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸；酸性氨基酸：侧链带 有负电荷，包括谷氨酸和天门冬氨酸；碱性氨基酸：侧链带有正电荷，包括赖氨酸 和精氨酸。而且，除了甘氨酸外，它们都是手性化合物，具有光学性。脂氨基酸或脂肽 化合物属于两亲性分子，其中亲水基团为氨基酸残基，疏水基团是一个或两个长脂肪链。 指肤表面活性剂的不同结构，主要是通过氨基酸与长脂肪链，如脂肪酸、卤代烷、脂肪 醇和脂肪胺反应得到。脂肪链可以通过酰基( a c y l ) 、烷基、酯或酰胺键 与氨基酸结合一起( a m i d eb o n d ) ( 见图1 1 1 ) 。 1 2 口 c 一 r 咐 1 洲 一 中国石油大学( 华东) 博：上学位论文 1 5 1 线型脂肽类表面活性剂 件ix j ) nk 粼h 彭n h：2 s e r i 1 。i 。 n h 2 肌酬佃呐妒r e - 黜m e t h ：y 品l e s t e 州呦b 眦 a s c e 加d e s ：2 。 删。；神。i ：；：s 邕e r i e 裟s 3arginine-n-alkyl a m i d ed i h y d r o c h l o d d e -j州呦。胁 c a m ：n = 8 a m i n i n 叠n a i k v lp t p r i h v f l r r y h i n d 鼻 l a m ：n = 1 0a c a ：n ：8 。 n fn ：a 。 m a m ：n = 1 2 a l a ：n 2 1 0 a c e ：n = 8 p a m ：n = 1 4 a m a ：n = 1 2 a l e ：n ：10 第一章绪论 还对三个系列的精氨酸阳离子表面活性剂最终的生物降解性进行了研究，发现所有同系 物( 除了a m a ) 都是可以降解的。 合成的酰基氨基酸肽能够形成囊泡，可用于药物载体以及制备带有脂肽配体的功能 性脂质体【5 叭。长脂肪链的n 。酰基氨基酸表现出的溶质囊泡化效率，可以与传统磷脂脂 质体相比。长链精氨酸烷基酯，可以与外源d n a 之间形成无毒疏水离子对复合体，将 d n a 转到细胞内。另外，研究人员还合成了其它氨基酸头基的双链多价阳离子脂肽表面 活性剂用于基因载体，在h e l a 细胞中的转染率高于目前商业化试剂1 5 l 】。另一个研究小组 合成了带有巯基的阳离子脂肽表面活性剂，通过毓基形成脂肽二聚体而达到压缩d n a 的目的1 5 2 j 。 表1 2 脂肽表面活性剂1 5 3 i ， f i g1 - 2 l i s to fl i p o p e p t i d es u r f a c t a n tm o l e c u l e s i 舄i h o 一 ；o h 一村6 $ h 0 懒s h 纣锚球锚1 妇 l n h o h f i g1 - 1 3 c h e m i c a ls t r u c t u r eo fl i p o p e p t i d es u r f a c t a n t4 t 5 3 i 为了更好地理解脂肽两亲性化合物模体成分在自组装中的作用以及研究其应用价 值，s t u p p - 等t 5 3 1 制备了1 2 个线型脂肽表面活性剂( 见表1 2 ，图1 1 3 ) ，并对分子中的三 个部分进行修饰。第一部分，烷基尾：为含有6 2 2 个碳的脂肪酸；第二部分，用四个丙 1 4 中国石油大学( 华东) 博： ：学位论文 氨酸代替四个半胱氨酸，以研究硫醇基对自组装的影响；第三部分，亲水头基c 末端， 具有不同的细胞粘附配体和晶核化作用中心，此部分与环境相互作用。 疏水尾基长度对自组装的影响：将5 个不同尾部的化合物( c c c c g g g s 0 0 4 ) 一r g d ) ，溶于水中，质量浓度为1 0 0 0 0 1 m g m l ，p h = 8 。对其进行酸化，发现分子3 - 5 甚至在浓度低达0 0 0 1 时，形成沉淀，而分子2 只有在质量浓度高于1 时，才形成沉淀。 分子l 灵j p h 不敏感。当溶液3 、4 或5 浓度在0 2 5 以上，慢慢酸化时形成凝胶。酸化之前， 如果分子3 5 没有用d t t 完全还原或者用1 2 氧化，随后的酸化则不能产生凝胶，而形成白 色粉末。用偏振光显微镜检测发现粉末不是双折射的。阴性染色的t e m 表明没有特殊的 超分子结构形成，但是确有大小不一的团块形成。相反，充分还原分子3 5 后，形成沉 淀。用阴性t e m 染色后发现形成长l 微米及直径5 _ 8 纳米的网状纤维。而分子2 形成的沉 淀却仅仅是大小形状随意的聚集体。 作者对上述结果做了如下解释。当溶液的p h 值接近中性时，肽具有的净电荷为负， 这使得分子由于静电排斥作用不能形成自组装。一旦酸化，负电荷被去除掉，使得疏水 尾立刻聚集。没有疏水尾的分子1 ，对p h 值不敏感，则清楚地表明疏水作用对分子在水 中的自组装起着重要作用。尽管分子2 有疏水尾，但是由于长度不够，从热力学角度， 不利于广泛形成纳米纤维。这可能是几何形状的影响，或者疏水作用较弱。系统对p h 敏感，说明静电排斥力减少后，分子在水中聚集的机制是不同的。分子3 5 有足够长的 尾，使得圆柱状堆积成为最有利的形式。然而，如果分子3 5 只是部分氧化，则形成分 子内二硫键而阻止纳米纤维形成。这一结果说明分子内二硫键引起的构型变化会抑制自 组装的形成。系统中通过自组装和共价结合的可逆性聚合作用，使分子的自组装结构具 有多功能性。 消除交联功能：半胱氨酸必须充分还原后才能形成自组装，这需要有d t t 或无氧情 况下才能实现。为了解决这个问题，作者用丙氨酸代替半胱氨酸。用1 0 个碳( 分子6 ) 和1 6 个碳( 分子7 ) 的烷基尾制备其衍生物。与以前一样，用气相进行酸化，形成自组 装。这两个分子，在浓度 0 2 时，就形成了凝胶。用t e m 研究，发现凝胶由纳米纤维 组成。与半胱氨酸纳米纤