论文摘要
脂肪酸囊泡是由脂肪酸／脂肪酸盐组成的具有类似于脂质封闭双层膜结构的胶体悬浮物。与传统的生物模拟细胞——脂质体相比,脂肪酸囊泡有更大的动态特征,未参与囊泡形成的分子与参与囊泡形成的分子之间的交换速度更快,可以用来更好地构建人工化学仿生系统。现有文献中报道了两种脂肪酸囊泡静态反应体系的基本性质,但体系不稳定,结果重现性差,而对自复制自催化反应体系的动力学研究却鲜有报道。本课题以脂肪酸酐为囊泡构建底物,以傅立叶变换红外光谱(FTIR)和电子显微镜技术为主要表征手段,系统研究了脂肪酸囊泡的形成条件以及囊泡反应体系的自复制与自催化作用。通过过渡态能量计算以及数学模型拟合等方法,对自催化反应的动力学进行推算并与囊泡的形态参数进行了相关性研究,构建了一套稳定可靠的动态囊泡反应体系。本课题研究的主要内容与结果有：(1)自复制自催化脂肪酸囊泡体系的构建。从尽量使反应体系简单、稳定、可靠的角度出发,选择了三种脂肪酸酐底物来构建囊泡。通过对各种影响因素的系统研究,确定了三种脂肪酸酐的最佳反应条件,依次如下：辛酸酐水解反应的最佳pH为6.80,缓冲液选用0.5M磷酸盐溶液,搅拌速度为50 x(磁力搅拌器,60 x对应2000 rpm),实验温度为30℃、45℃、60℃；癸酸酐水解反应的最佳pH为8.25,缓冲液选用0.3 M Tricine溶液,搅拌速度为50 x,实验温度为30℃、45℃、60℃；油酸酐水解反应的最佳pH为8.50,缓冲液选用0.2 M Bicine缓溶液,搅拌速度为50 x,实验温度为20℃、30℃、40℃。(2)脂肪酸囊泡的自复制效应研究。应用电镜技术对囊泡的形貌与粒径、数量分布进行了研究。脂肪酸囊泡的粒径与数量在反应不同时刻会不断地发生变化。以癸酸盐囊泡45℃体系为例,当反应进行时间较短时,体系根本没有囊泡存在；当反应时间达到6 h以上时,囊泡开始形成；当进行到6 h～12 h时,囊泡数量急剧增加。取反应9 h时刻(囊泡催化作用最显著,生长、复制极其频繁)的样品,喷金进行SEM观察,可以看到大量完整的球形脂肪酸囊泡与囊泡生长中间体。由于受表面曲率等因素的影响,囊泡不可能无限制地生长,而会经历一个类似于豆芽萌芽生长而后分裂的过程。把囊泡的总界面面积与反应动力学曲线进行对照,可以看出囊泡的界面面积与催化作用随时间的变化是同步进行的,从而证实了囊泡催化作用的界面催化本质。(3)自催化反应体系动力学研究。利用常规的红外光谱仪,系统地构建了液体池定量方法,对三种酸酐不同温度下的水解反应动力学进行监测并绘制了动力学曲线。通过酸酐水解反应过渡态能量Ea的计算与Origin 8.0软件对实验数据的Sigmoidal拟合,得出了动力学拟合表达式。结合阿伦尼乌斯公式,对各常数进行物理意义关联与解释,推算出了具有物理意义的常数与反应动力学方程。综合实验与数学拟合结果,可知三种体系的水解速率由快到慢顺序为：油酸盐囊泡>癸酸盐囊泡>辛酸盐囊泡,这与三种囊泡体系的临界聚集浓度相对应。与已有研究相比,本文拓展了研究体系并改进与优化了实验条件,且对自催化反应的动力学进行了更深入的研究,构建了一套稳定可靠的动态囊泡反应体系。在提高了实验结果准确性的同时,也为本实验室后期将要进行的人工化学仿生系统的研究奠定了良好的基础。