引 言
近20年來,天然的和合成的兩親分子形成囊泡的研究引人注目｡人工合成的兩親分子構(gòu)成的囊泡因其在了解生物膜本質(zhì)及發(fā)展新的膜模擬技術(shù)方面的重要意義而受到日益廣泛的關(guān)注,并已成為研究生物膜的理想模型體系｡盡管如此,對囊泡的形成､穩(wěn)定､結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系等基本的問題尚缺少全面而深入的了解｡例:形成囊泡的體系組成的規(guī)律,囊泡與其他分子有序組合體共存與轉(zhuǎn)化的條件與機(jī)制､囊泡雙分子膜對于各種物質(zhì)的通透性､囊泡的穩(wěn)定性研究等方面尚未形成統(tǒng)一而清楚的認(rèn)識,為回答這些問題首先還需要進(jìn)行更為廣泛的實(shí)驗(yàn)研究｡1989年Kaler率先在水溶液中利用混合正負(fù)離子表面活性劑形成了囊泡,并開展了較為系統(tǒng)的研究,從而揭開了該類混合體系囊泡研究的序幕｡由于正負(fù)離子表面活性劑混合形成的囊泡具有相對簡單的分子結(jié)構(gòu)､良好的穩(wěn)定性及可自發(fā)形成等特點(diǎn),因而開展相關(guān)的基礎(chǔ)研究將有力的推動(dòng)膜模擬化學(xué)研究的全面發(fā)展｡幾乎在同一時(shí)期(1989—1992)我們研究小組也開展了相近的工作,發(fā)現(xiàn)直鏈烷基羧酸鹽與溴代烷基季銨鹽在水溶液中1∶1混合時(shí)可在超聲和自發(fā)條件下形成大的單室囊泡｡在此基礎(chǔ)上本工作進(jìn)一步研究了直鏈烷基羧酸鹽與溴代烷基季銨鹽在水溶液中1∶1混合體系形成囊泡的穩(wěn)定性,及各種環(huán)境因素對該混合體系形成囊泡的影響｡
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 試 劑
(1)癸酸鈉(簡為C9H19COONa)和月桂酸鈉(簡為C11H23COONa):相應(yīng)羧酸減壓蒸餾二次提純和乙醇-水混合溶劑五次重結(jié)晶提純(熔點(diǎn)為43~
(2)辛基、癸基、十二烷基三甲基溴化銨(CmH
(3)溴化鈉(NaBr)､溴化鈣(CaBr2):北京化工廠分析純產(chǎn)品,
(4)TritonX-100:BDH分析純產(chǎn)品｡
(5)硼砂(Na2B4O7·10H2O):北京化工廠分析純產(chǎn)品｡
(6)水:離子交換水中加入高錳酸鉀放置24h后蒸餾得到｡
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
(1)囊泡的制備:利用硼砂為緩沖物質(zhì)(約0.01mol/L),恒定pH值為9.2,正負(fù)離子表面活性劑混合比例為1∶1｡在
(2)囊泡的表征:采用負(fù)染色法(染色液為4%醋酸酰鈾的乙醇溶液)制備樣品｡在JEMCX-100 型透射電鏡下成象觀察｡
2 結(jié)果與討論
2.1 混合體系形成囊泡的時(shí)間穩(wěn)定性
恒定pH=9.2,混合比例為1∶1,CnH2n+1COONa-CmH
這些有趣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:1）這兩類體系中囊泡破壞的機(jī)制不同, C11H23COONa-C8H17NM3Br等體系囊泡隨陳放時(shí)間延長而破壞的原因可能主要是由于此類正負(fù)離子表面活性劑溶度差,囊泡轉(zhuǎn)化為沉淀造成的｡而C9H19COONa -C10H21NM3Br體系則因混合兩親分子更易于采取膠團(tuán)這一分子有序組合體的形式存在,而發(fā)生囊泡膠團(tuán)的轉(zhuǎn)化｡2)超聲震蕩有助于膠團(tuán)轉(zhuǎn)化為亞穩(wěn)狀態(tài)的囊泡,卻并不具有增加混合表面活性劑溶解性的作用｡故C9H19COONa -C10H21NM3Br體系隨超聲—放置—超聲的外界條件變化而多次進(jìn)行膠團(tuán)囊泡的轉(zhuǎn)化｡而超聲并不能使其他體系再形成囊泡｡3)少量乙醇加入可以增加混合體系的溶解性,有利于沉淀向囊泡的轉(zhuǎn)化｡
2.2 溫度對混合體系形成囊泡的影響
將超聲和自發(fā)條件下形成囊泡的CnH2n+1COONa-CmH
CnH2n+1COONa-CmH
而C9H19COONa-C12H25NM3Br和C9H19COONa -C10H21NM3Br體系則在同樣條件下觀察不到囊泡｡值得注意的是,凡是經(jīng)過
2.3 無機(jī)鹽對混合體系形成囊泡的影響
將NaBr､CaBr2分別加入于CnH2n+1COONa-CmH
只有C11H23COONa-C8H17NM3Br體系在電鏡中觀察到囊泡存在,但較CaBr2加入前囊泡密度大大降低(圖3)｡
考慮到混合體系中加入NaBr的濃度為0.2mol/L而囊泡依然存在的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,顯而易見,CaBr2對混合體系囊泡的強(qiáng)烈破壞作用并非由于體系中無機(jī)鹽引起的離子強(qiáng)度的增大,而可能是由于高價(jià)金屬離子Ca2+與羧酸鹽分子相互作用,使得體系中陰離子表面活性劑分子發(fā)生締合或沉淀而造成的｡事實(shí)上CaBr2加入后各體系均出現(xiàn)明顯的乳光甚至有沉淀析出｡
2.4 離子型與非離子型表面活性劑對混合體系形成囊泡的影響
選用十二烷基硫酸鈉(SDS)與TritonX-100作為典型的離子與非離子表面活性劑研究其對CnH2n+1COONa-CmH
繼續(xù)向混合體系中加入SDS或TritonX-100將明顯破壞混合體系中的囊泡｡結(jié)果見表2~3｡
SDS與TritonX-100加入對混合體系囊泡的破壞作用可能是由于這兩種新引入的表面活性劑分子將介入體系中有序組合體中分子排布｡由于分子間電性斥力的增加(當(dāng)SDS加入時(shí))或空間阻礙的加大(當(dāng)TritonX-100加入時(shí)),使得體系中SDS或TritonX-100加入后正負(fù)離子表面活性劑分子排列更為疏松｡由分子有序組合體形態(tài)變化理論,V/Al(V:表面活性劑疏水鏈體積;A:親水鏈所占截面積;l:疏水鏈長)值將隨A減小而增大｡從而降低了混合體系形成囊泡幾率(一般認(rèn)為1/2<1<>時(shí)易形成囊泡,而1/3< Al時(shí)易形成膠團(tuán))｡值得注意的是,對于C11H23COONa-C8H17NM3Br體系經(jīng)超聲處理后形成的囊泡則可在較高的表面活性劑濃度下存在,體現(xiàn)出經(jīng)超聲處理形成的囊泡在表面活性劑介入時(shí)的良好穩(wěn)定性｡
對比表2與表3,可以發(fā)現(xiàn)各混合體系使得囊泡破壞時(shí)的SDS加入量均小于相應(yīng)的Tri-tonX-100的量｡這可能是由于SDS加入后引起體系中表面活性劑分子排列變化的電性斥力效應(yīng)要相對強(qiáng)于TritonX-100加入后造成的空阻效應(yīng),從而對混合體系囊泡的影響也就要大一些｡
實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有意思的結(jié)果,即加入極少量SDS時(shí),似乎混合體系更易于形成囊泡｡對比圖4與圖3-(b),可以發(fā)現(xiàn)加入極少量SDS后混合體系中囊泡的密度加大,圖4中的囊泡密度為圖3-(b)中的1.4倍｡
3 結(jié) 論
直鏈烷基羧酸鹽與溴代烷基季銨鹽水溶液中1∶1混合時(shí)可形成大的單室囊泡｡該類混合體系形成的囊泡可在一定時(shí)間和較大溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定存在｡隨存放時(shí)間延長囊泡消失的原因不盡相同｡正負(fù)離子表面活性劑自身發(fā)生締合沉淀和膠團(tuán)與囊泡兩種分子有序組合體間的轉(zhuǎn)化均可造成混合體系囊泡的消失｡1-1價(jià)無機(jī)鹽的加入對混合囊泡的穩(wěn)定性影響較小｡但少量高價(jià)金屬離子與不同類型表面活性劑(離子､非離子)的介入對混合體系形成的囊泡具有較為明顯的破壞作用｡
