表面活性剂与有机盐的相互作用以及肽型Gemini表面活性剂的自组装

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caojiangtao007
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表面活性剂的应用非常广泛,存在于生产和生活的各个方面,因此设计并开发高效的表面活性剂体系变得至关重要。一方面,人们利用经验的构-效关系通过合理的分子设计合成新型的表面活性剂,提高物化性质和应用性能的同时,也可产生许多特殊的功能。另一方面,实际应用中,表面活性剂一般会和廉价的有机盐混合使用,起到降低成本、提高效率的目的。有机盐型的药物为了提高其溶解度和稳定性也经常会与表面活性剂混合使用。因此,充分了解表面活性剂与有机盐的作用过程和作用机理具有重要的理论和现实意义。本论文主要研究了表面活性剂与有机盐之间的相互作用以及Gemini型肽表面活性剂的聚集行为,探讨了表面活性剂与有机盐的分子结构调控聚集行为的规律和机理,取得了以下研究进展:  1.研究了阳离子季铵盐型Gemini表面活性剂(12-6-12)与有机盐苯甲酰谷氨酸(H2Bzglu)混合体系在水溶液中的液液相分离。结果表明,pH位于4到5之间,H2Bzglu浓度高于30.0 mM,混合体系发生液液相分离;较低或较高的pH时,混合体系形成沉淀或可溶性聚集体。固定pH4.5和H2Bzglu浓度高于30.0 mM,12-6-12可以在非常低的浓度及较宽的范围之内形成液液相分离,液液相分离区间随12-6-12浓度增加显著变宽。改变体系pH值、H2Bzglu与12-6-12的浓度和摩尔比可以有效促进或抑制液液相分离的形成。液液相分离之前,随12-6-12浓度的增加,12-6-12/H2Bzglu混合体系经历从球形胶束、尺寸较大的实心聚集体到实心聚集体融合的转变过程,实心聚集体是液液相分离发生的前驱体。液液相分离区间内,凝聚相是由无规、连续双层膜组装而成的三维网络状结构,净电荷几乎为零。12-6-12/H2Bzglu混合体系高效的液液相分离能力来源于12-6-12二聚的分子结构和H2Bzglu寡聚的结构特性,这些结构均具有桥连聚集体的作用。  2.研究了pH13.0时阳离子季铵盐型单链表面活性剂(DTAB)、Gemini表面活性剂(12-6-12)和不对称三聚表面活性剂(DTAD)与携带有三个负电荷的姜黄素(Cur3-)的相互作用。结果表明,DTAB、12-6-12和DTAD与Cur3-的相互作用具有相似的表面活性剂浓度依赖性,作用过程分为三个阶段。首先,带相反电荷的表面活性剂单体与Cur3-静电结合形成离子对。然后,随表面活性剂浓度的增加,结合和未结合Cur3-的表面活性剂通过疏水效应在临界胶束浓度以上形成混合胶束。最后,过量未与Cur3-结合的表面活性剂聚集形成自由胶束。Cur3-的加入可以降低12-6-12的临界胶束浓度,而对DTAB和DTAD的临界胶束浓度几乎没有影响。随表面活性剂寡聚度的提高,包裹Cur3-所需表面活性剂的用量降低。与12-6-12相比,DTAB与Cur3-较弱的作用或DTAD与Cur3-较强的作用均不利于Cur3-的溶解度和稳定性的提高。三种表面活性剂中,12-6-12最适合Cur3-的包裹,在很低的浓度时就可以抑制姜黄素的降解。12-6-12与携带有三个负电荷的Cur3-通过分子间相互作用构筑具有寡聚表面活性剂特性的复合物(12-6-12)2/Cur3-。  3.研究了阴离子硫酸盐型单链表面活性剂(SDS)与含有四条疏水链的有机盐四己基溴化铵(THABr)的相互作用。研究发现,通过改变SDS与THABr的混合比例和总浓度可以实现气-液界面性质和体相聚集体的精细调控。以SDS为主的混合溶液中,少量THABr的加入即可有效地提高SDS的表面活性,随总浓度的增加,混合体系经历从尺寸较大的实心聚集体到球形胶束的转变。SDS与THABr摩尔比例相近的溶液中,混合体系依次形成尺寸较大的实心聚集体和网状聚集体,聚集体的改变引起表面张力发生相应的变化。以THABr为主的混合溶液中,较低的SDS/THABr总浓度时,混合溶液即可形成尺寸较大的实心聚集体和网状聚集体。THABr空间伸展的四条疏水链可以桥连不同的聚集体,有利于网状聚集体的形成。  4.基于谷氨酸-赖氨酸-谷氨酸短肽片段,通过短肽两端接枝疏水烷基链,设计并合成了一种肽型Gemini表面活性剂(12-G(NH2)LG(NH2)-12),肽段两端各携带一个氨基基团、中间携带一个羧酸基团。研究发现,12-G(NH2)LG(NH2)-12在水溶液中的聚集行为具有强烈的pH和浓度依赖性。12-G(NH2)LG(NH2)-12在较宽的pH值范围内形成纤维状沉淀,净电荷接近于零,且随浓度增加沉淀的区间变宽。pH3.0和11.0时,12-G(NH2)LG(NH2)-12随浓度增加表现出两个转变浓度:临界胶束浓度和临界胶束向纤维或扭曲纳米带转变浓度。浓度诱导的这一聚集体转变主要源于疏水链间增强的疏水作用和肽段间氢键作用控制的β-折叠二级结构。体系中形成纤维还是纳米带取决于β-折叠二级结构的扭曲程度及静电排斥作用的强弱。
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