胶体化学第11章 分子有序组合体

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1、第11章双亲分子在溶液中的有序组合体双亲分子在溶液中的有序组合体包括胶束、微乳液、泡囊、脂质体、人工自组装体系等，它们的研究在今日的科学与技术中起着愈来愈重要的作用。利用有序组合体可以形成各种缓慢释放和靶向药物与化妆品，还可以形成分子开关和分子马达，形成各种分子识别器件。在大气污染治理、污水处理等方面也有着广阔的应用前景。本章将对胶束、BLM、脂质体、微乳液作一个简单的描述，对他们可能的应用也做一些介绍。这方面的研究包括：形成的分子结构条件，以及分子的形状与配合；环境条件(pH值，温度、介质等)与形成的方法(层次的设计与堆积，复制方法等)以及有序组合体与特殊功能的关系

2、等。11.1典型表面活性剂组成的有序组合体表面活性基在水中或非水溶液中可形成胶束，即各种有序组合体。典型表面活性溶液中的有序组合体细胞膜的示意图在生物体内，有着大量的有序组合体。细胞膜是一种天然的有序分子组合体，是由磷脂、胆固醇、膜蛋白、糖脂等所组成的。细胞膜是生物新陈代谢和识别外界信息的重要部分，进行细胞膜的仿生具有重要意义。脂质体和泡囊代表着一种最完善的生物膜模型，由卵磷脂、大豆磷脂、胆固醇组成的叫脂质体(liposome)。由合成类脂、改性类脂组成的叫微囊或泡囊(vesicle)，只有双尾的或中间有特殊结构的表面活性剂才能形成此种结构。11.2脂质体与泡囊脂质体和

3、囊泡的示意图泡囊往往是在成膜物质的相变温度以上来制备的，最常用的方法有两种：1．注入法将成膜类脂物质及脂溶性物质(如药物)共溶于有机溶剂中(一般多采用乙醚)，然后将此溶液用注射器缓慢加入到高温(50～60℃’)的缓冲溶液(或水溶性被包载物质)中，加完后，不断搅拌至乙醚除尽为止，即可得脂质体和泡囊。2．薄壁法将成膜类脂物的有机溶剂注入旋转蒸发器的容器中，蒸发后在容器壁上形成一双分子膜，然后将欲包含的药物水溶液放入，超声可得。泡囊和脂质体中均有亲水区和憎水区，因此可以包载各种亲水和亲油的化合物，用途极为广泛，由上面两种方法做出的泡囊常包含多层泡囊和单层泡囊。多层泡囊常常是像

4、洋葱一样的直径为100～800hm的多层泡囊，在相变温度以上时，对多层泡囊进行超声，则会形成单层泡囊，直径为30～60nm(下图)，泡囊的壁厚一般约为5nm，每个泡囊含有80000～100000个表面活性剂分子。多层泡囊和单层泡囊胶束、微乳液是单层膜，有水伪型或油侏型，是由单键单尾的表面活性剂所造成的。而脂质体、泡囊是双层膜。单头双尾的或单头单尾中含有特殊结构的表面活性剂才能形成泡囊结构。由磷脂组成的泡囊称之为脂质体。由人工合成表面活性剂组成的称之为泡囊。在过去认为只有双尾的表面活性剂才能形成双层膜，但后来Kunitake等证明，一些含特殊结构的表面活性剂亦可形成双层膜

5、(下图）。可以形成双层构的表面活性剂除去天然的双尾表面活性剂外，还可以利用正负表面活性剂的静电力形成双尾表面活性剂，利用化学键将两个极性基团连接在一起的二聚表面活性剂，可以形成双层结构的表面活性剂列。泡囊的形成和聚合的各种情况示意图聚合型泡囊，通过聚合作用可以形成耐温和稳定的泡囊(见下图），带唾液酸糖头的联乙炔泡囊示意图脂质体、泡囊可用于药物缓慢释放靶向药物、化妆品、基因工程和医药技术等方面，具有很重要的工业意义。1993年，Charych等在Science等杂志上发表了利用聚联乙炔泡囊的变色性能，可以在带唾液酸糖头上检测出感冒病菌和大肠杆菌等文章(见下图)，为泡囊的应

6、用开辟了一条新路。将识别分子直接连到联乙炔的发色基团上，当细菌或病毒被唾液酸识别时，泡囊的颜色可由蓝变红，十分方便快捷。Charych的工作是利用合成的方法引入识别基团，后来证明，利用物理力也可将带普通糖头插入聚联乙炔泡囊，也能测出大肠杆菌等细菌11.3双分子类脂膜双分子类脂膜(bilipidmembrane，BLM)是在固体平板小孔中形成的双层膜，一般是放在一个电解池隔膜中，如下图所示。在表面张力的作用下，最后形成一内部是憎水外部是亲水的双层膜。在过去，BLM只能维持几个小时，现在加以改进，可以制成含有许多小至1μm极细孔的模板，既提高了寿命又增加了通道数。由于膜两边

7、很容易放上电极，是一个研究细胞膜作用的极好模型工具。形成双分子类脂膜示意图Okahata等曾利用BLM的原理，做了一个十分有意思的热敏仿生智能开关。即利用在尼龙微小球上的小孔形成由磷脂组成的BLM膜，在球内放置药物或化学试剂，当温度小于磷脂的相变温度时，小孔是关闭的，但当温度高于相变温度时，孔则会打开，在尼龙小球中的物体则会渗出(下图）。热敏仿生智能开关示意图在BLM中引入蛋白质的方法有：1．混合法：将类脂体和蛋白质的有机溶剂滴到小孔上，使之成为BLM膜；2．吸附法：先形成双分子类脂膜，再吸附溶液中的蛋白质；3．融合法：先形成BLM，再将