表面活性剂原理及应用 - 图文(3)

表面活性剂的作用、性能和聚集体结构

2、囊泡

（1）囊泡及其结构、形状与大小

许多表面活性剂或其复配体系分散于水中时, 会自发形成囊泡。它是以定向排列的表面活性剂双分子层为基础的封闭结构,其中包含一个或多个水室。单层囊泡只有一个封闭双层包裹着水相,而多层囊泡则是多个封闭双层形成同心球式的排列,不仅中心部分,而且各个双层间都包有水。同样囊泡也存在反相结构,即一个封闭双层包裹着油相。囊泡的形状多为球形、椭球型或扁球形,也曾观察到管状的囊泡。常见的囊泡的线性尺寸为30nm—100nm,也有大到10微米左右的单层囊泡。多室囊泡一般比较大,约微米。

（2）囊泡的形成

Stoeckenius在1959年发现磷脂分子在水中溶胀会形成多层结构,后来被证明是囊泡。人们已经发展了许多制备囊泡的方法。最简单的是某些表面活性剂分子在水中溶解分散后,自发形成囊泡.另外,最近发现,一些新型的表面活性剂,如gemini型和Bola型表面活性剂分子在水中也可以自发形成囊泡.目前应用较多的囊泡制备方法是用阴/阳离子表面活性混合体系自发形成囊泡。对于单尾链离子型表面活性剂来说,当其溶于水后,发生电离,由于具有相同电荷的表面活性剂头基之间的相互排斥作用,使得头基的有效截面积大大增加,临界堆积参数降低,从而有利于球状胶束的形成。当它们与带相反电荷的离子型表面活性剂混合时,阴阳离子间由于静电作用形成了离子对,使得表面活性剂头基的有效截面积大大减小,临界堆积参数增加,这样有利于双分子层状结构及囊泡的形成。

囊泡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小室结构,由天然磷脂所形成的囊泡通常也称为脂质体。由于囊泡与细胞膜的结构非常相似,所以一直作为生物膜模型而得到广泛的研究。化学家则为囊泡所能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。下图是一个单室囊泡及其所能提供的九个反应环境的示意图：

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表面活性剂的作用、性能和聚集体结构

a、双链两亲分子

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,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。在以模似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,到目前依然是研究的重点。

",1965年Bangham 将干磷脂分散于水中制得了多室囊泡,这标志着人工制备囊泡研究的开始。以后,多种磷脂及其修饰体都先后被用以制备囊泡,并且发展和完善了多种囊泡的制备方法,如超声法、反相蒸发法、注射法等,Ζ。1977年Kunitake等人首次以全人工合成表面活性剂,双十二烷基二甲基澳化钱制得了囊泡, 带动了这一方面研究工作的迅速发展,很快就证实很多具有双链结构的两亲分子都可形成囊泡。其亲水头基可以是阳离子型的、阴离子型的,也可以是两性或非离子型的,Kunitake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,双烷基二甲基澳化按系列,当两个疏水链长度相同且大于或等于:18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C18和C8时,由于长度相差太大,电镜中观察不到有序体结构。再如当n=16时,形成层状结构,n=10、12,时,形成囊泡。Grover等则指出, 由二烷基磷酸胆碱制备“正常”囊泡时,烷基链最短需为C10。

b、单链两亲分子

在对双链两亲分子囊泡的制备和性质研究的同时,人们也在探索着以单链两亲分子制备囊泡。最早这方面成功的探索当推Gebiciki等人的工作,他们以不饱和脂肪酸一油酸制得了囊泡。Hargreaves等人用C8—C18的饱和脂肪酸制得了囊泡。另外,单链的不饱和烃基琥珀酸也被证明可形成囊泡。

这方面研究工作的进展似乎对Tanford和Isrealachvili等人的理论是个挑战。仔细分析以上实验结果,可以发现这些体系在形成囊泡时都要求一较窄的pH范围。如,在油酸体系中pH8—9，在不饱和烃基唬拍酸体系中,烃链长度为C12 时pH4.9—6.4，C14时pH5.8—6.5，C18时，pH7.1—8.1，C8—C18的饱和脂肪酸,要形成囊泡,pH也限定在不大的范围内。这些两亲分子的极性头都是羧酸基,pH低时会成羧酸沉淀,pH过高时,全部以羧酸盐存在,这都不能形成囊泡。只有在适中的pH条件下,羧酸基部分水解,酸盐共存，可能通过酸盐复合物构成囊泡。Cistola等人通过X一射线衍射证实了,在适合于囊泡存在的pH条件下,离子化的梭酸和未离子化的狡酸形成了1:1的复合物。显然,这种复合物结构上类似于双链两亲分子,

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表面活性剂的作用、性能和聚集体结构

满足了囊泡形成的几何条件。

另外,在pH大于12的C8—C18脂肪酸盐溶液中加入同碳链的脂肪醇,或于十二烷基硫酸钠溶液中加人十二醇都可有囊泡形成,而在相同条件下任意单一组份都不会形成囊泡。我们的实验也发现,在全氟代脂肪酸钠溶液中加人碳氟醇,会促使囊泡的形成。但这方面的研究工作还不够细致,缺乏两亲分子间相互作用和结构的实验结果。能够独立地形成囊泡的单链两亲分子结构特点的揭示应归功于Kunitake等人。他们从形成液晶的两亲分子的结构特点考虑,合成了62种单链两亲分子,这些两亲分子最显著的结构特点是,在疏水链中插人了一个至少由两个苯环所形成的刚性链节。从目前所涉及到的文献资料看,几乎没有与此结构特点相悖的单链表面活性剂可以独立地形成囊泡。

（3）囊泡的应用

囊泡最重要的应用之一是模拟生物膜。生物膜的主体是由磷脂和蛋白质定向排列组成的封闭双分子层囊泡结构。生物膜在生物活体中起着很重要的作用,具有离子迁移、免疫识别等功能。通过对囊泡的研究,可加深人们对生物膜的认识,也为人们的仿生研究提供了一条新的途径。囊泡的另一个重要的应用是作为药物的载体。与其他微结构相比,囊泡具有奇特的结构,即存在亲水微区和疏水微区,这使得囊泡具有同时运载水溶药物和油溶药物的能力。同时,囊泡具有双层膜结构,与生物膜有很好的兼容性,是理想的体内药物载体。

这些年来,随着纳米技术的发展,人们也将囊泡用作模板来制备纳米材料。囊泡也可以为一些化学反应及生物化学反应提供适宜的微环境。另外,囊泡在化妆品工业以及食品工业也有一定的应用。

3、液晶

a热致液晶与溶致液晶

一般而言，液晶分为两大类，即热致液晶（thermotropicliquidcrystal）和溶致液晶(lyotropicliquidcrystal)。热致液晶一般由一种特种结构的有机物分子构成，这些分子满足下列要求：分子长宽比大于4；分子长轴不易弯曲，有一定刚性；分子末端含有极性或可极化基团。热致液晶的结构和性质取决于体系的温度，而溶致液晶则取决于溶质分子与溶剂分子间的特殊相互作用，并依赖于溶液的组成和浓度。包括天然的脂肪酸皂以及所有表面活性剂在水溶液中形成的液晶都是溶致液晶。从理论上说可能形成18种不同结构的溶致液晶，但在常见的简单表面活性剂-水体系中实际上只有3种：层状液晶、六方液晶和立方液晶。图2给出了它们的结构示意图。

就结构而言，溶致液晶实质上是胶束再聚集形成的无限结构，属于表面 …… 此处隐藏：4191字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……