脂肽類表面活性劑在固-液界面的吸附研究.pdf

1、脂肽類表面活性劑是由微生物產(chǎn)生的一類非常重要的生物表面活性劑。由于它們具有生物相容性、生物降解性、較高的表面活性及抗菌活性而被廣泛重視。然而,天然脂肽類表面活性劑含有多種成分,這為其結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系的研究帶來了巨大困難。本實驗合成了一系列陽離子脂肽類表面活性劑C14Kn(n=1-4,K表示賴氨酸,C表示十四酸的酰基鏈)并且使用橢圓光譜及中子反射技術(shù)對其在親水二氧化硅/水界面及疏水C8/水界面的吸附行為進行了考察,為進一步深入理解脂肽類表面

2、活性劑結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系提供依據(jù)。表面張力測量發(fā)現(xiàn),脂肽類表面活性劑C14Kn可以將水的表面張力降到30-40mN·m-1,并且具有很低的臨界膠束濃度(CMC),其中CMCC14K1=0.55 mmol·L-1。C14Kn的CMC隨著頭基賴氨酸殘基數(shù)目(n)的增加而增加。
　　 本文用橢圓光譜對C14Kn在親水二氧化硅/水界面吸附動力學的研究發(fā)現(xiàn),C14K14在親水二氧化硅/水界面的吸附動力學是兩步吸附過程:即在初始的2-3 min

3、內(nèi),吸附量快速上升,而且大部分表面活性劑吸附于界面;隨后是分子在界面吸附層內(nèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整,達到吸附平衡階段。C14K1約在15-20 min而C14K2-4則在30 min內(nèi)吸附量達到最大平臺值。C14Kn的初始吸附速度和平衡吸附量隨著頭基賴氨酸殘基數(shù)目n的增加而下降,由此推斷C14Kn在界面吸附動力學是受分子結(jié)構(gòu)影響的。pH、溫度及鹽對C14Kn在二氧化硅/水界面的吸附行為也有明顯影響,具體表現(xiàn)為界面吸附量隨著pH及溫度的升高而增加。Na

4、Cl對C14Kn的影響是,當在鹽濃度低于某個“鹽濃度界限”時,C14K1-4三個表面活性劑的界面吸附量下降;而高于“鹽濃度界限”時,C14K1-,3吸附量增加,但是C14K4的吸附量與沒有加鹽的相同?！胞}濃度界限”隨著頭基賴氨酸殘基數(shù)目n的增加而增加。
　　 本文使用中子反射及部分同位素標記技術(shù)對脂肽類表面活性劑界面吸附結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn),C14Kn在親水二氧化硅/水界面形成雙分子層結(jié)構(gòu),即“三明治結(jié)構(gòu)”。這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)非離子表面活

5、性劑C12E6及陽離子表面活性莉C16TAB在二氧化硅/水界面的吸附結(jié)構(gòu)類似。在此結(jié)構(gòu)中,內(nèi)層的賴氨酸殘基(K)與帶有負電荷二氧化硅表面之間的靜電吸引作用啟動分子在界面的吸附過程,賴氨酸殘基頭基吸附于界面;C14酰基鏈之間的疏水相互作用,則驅(qū)動形成背對背的中間疏水區(qū)域:外層的K指向溶液并與內(nèi)層對稱。在雙分子層中,頭基親水區(qū)域的厚度保持在8-11A,但是尾部疏水區(qū)域的厚度則由C14K1的26(A)下降到C14K2的21(A)、C14K3的

6、14(A)及C14K4的14(A)。C14K2雙分子層具有最高的體積百分數(shù),與其有最低的水分子締合度相一致。C14K3-4帶有最多的K,締合的水分子數(shù)目最多。C14Kn在親水二氧化硅/水界面上的吸附量、整個雙分子層的厚度、水與分子的締合程度、?；溨g及頭基與尾基之間的混合程度主要取決于頭基的大小。頭基賴氨酸殘基數(shù)目的增加并不引起頭基區(qū)域厚度的明顯增加,主要由于頭基中的R基通過靜電吸引作用而錨定于二氧化硅表面,使其保持在8-11(A)。

7、頭基賴氨酸殘基數(shù)目增加導致的分子截面積增加則是酰基鏈之間及頭基與尾基之間的混合程度增加的主要原因,表現(xiàn)為疏水區(qū)域的厚度逐漸降低。C14Kn在疏水界面的吸附行為與在親水界面吸附類似,而且C14Kn在疏水界面的初始吸附速度及飽和吸附量也是隨著頭基賴氨酸殘基數(shù)目的增加而減少。但是,具有相同最小吸附量(0.4-0.8 mg·m-2)的溶液濃度在疏水界面的(CMC/500-1000)遠遠低于在親水界面的(CMC/4-40),可以推斷C14Kn與疏

8、水界面的疏水作用較強。與在親水二氧化硅界面吸附形成的雙分子層結(jié)構(gòu)不同,C14Kn在疏水C8/水界面吸附則形成包括兩個亞層的單分子層結(jié)構(gòu)。第一亞層是由C14?；溄M成并與C8表面接觸;第二亞層是由帶有正電荷的賴氨酸殘基組成并伸進體相。頭基區(qū)域的厚度分別為C14K1是10(A)、C14K2是13(A)、C14K3是12(A)及C14K4是14(A)。根據(jù)頭基的理論長度,此結(jié)果提示C14K1及C14K2的頭基與界面幾乎垂直,而C14K3及C1