表面活性素在溶液中胶束化行为的研究

论文摘要

表面活性素（surfactin）是脂肽家族中的一类化合物,是由微生物代谢产生的生物表面活性剂,具有优良的表面活性和生物活性,在医药、食品、化妆品以及生物修复等领域有着广泛的潜在应用前景。本文从枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis HS0121发酵培养液中,通过反相高效液相色谱分离得到一组脂肪链碳数分别为12、13、14、15及16的5种表面活性素化合物,即surfactin-C12、surfactin-C13、surfactin-C14、surfactin-C15、和surfactin-C16。以此组表面活性素化合物出发,研究了它们在水溶液中的胶束化行为。采用荧光探针法、动态光散射法以及冷冻刻蚀电镜技术以及表面张力法的方法,研究了表面活性素surfactin-C16在溶液中的胶束化行为。由表面张力法测得的表面张力与表面活性素surfactin-C16的浓度对数关系曲线,以及荧光探针法测得的芘探针荧光峰比值与表面活性素surfactin-C16的浓度关系均可以得到其临界胶束浓度,两者结果平均为6.20×10-6mol/L;同时,根据表面张力数据计算了表面活性素surfactin-C16分子在界面上吸附的有关参数,得到其临界排列参数为0.24,由此判断表面活性素surfactin-C16分子倾向于形成球形胶束；动态光散射测定了表面活性素surfactin-C16胶束粒径分布,发现表面活性素surfactin-C16的胶束粒径分布出现在100 nm和几百nm两个区域；冷冻刻蚀电镜观察了表面活性素surfactin-C16分子的胶束形态,发现溶液中除了粒径较小的椭球形表面活性素surfactin-C16胶束外,还存在粒径较大的胶束聚集体,与动态光散射结果相互验证。实验分析了反离子（Li+、Na+、Ca2+、Mg2+、和Al3+）对表面活性素surfactin-C16在水溶液中胶束化过程的影响,结果表明,反离子的加入使表面活性素surfactin-C16的表面活性增强,临界胶束浓度下降,这是因为反离子可以屏蔽电荷,促使表面活性素surfactin-C16形成胶束。高价态离子对临界胶束浓度的影响比低价态离子更大,使临界胶束浓度下降得更多。进一步详细研究了一价和二价反离子体系的胶束微极性以及胶束粒径分布和形态。一价反离子的加入使表面活性素surfactin-C16胶束微极性降低,胶束微粘度增加；并且趋向于形成半径最小的胶束；二价离子的加入能够对表面活性素surfactin-C16的分子构象产生特殊的影响,二价离子和表面活性素surfactin-C16胶束在较低的浓度下就有强烈的相互作用,促使表面活性素surfactin-C16溶液中除了可以形成粒径较小的类球形胶束外,还能够形成面积较大的层状结构。研究了由Bacillus subtilis HS0121所产生的一组脂肪酸链长度不同的表面活性素在溶液中的胶束化行为。结果表明,表面活性素的临界胶束浓度以及胶束形成后的表面张力都随组成表面活性素的脂肪链长度的增加而降低,表面活性素使水/正己烷的界面张力降低的幅度也随表面活性素的脂肪链长度的增加而加大,说明表面活性素脂肪链的增加会使其表、界面性质增强。通过对表面活性素溶液中聚集体的粒径分布的测定和聚集体形态的观察,得到表面活性素结构对其胶束性质的影响规律。脂肪链链长较短的表面活性素,趋向于形成半径较小的、结构比较稳定的胶束,胶束粒径随表面活性素浓度增加的变化不大；而链长较长的表面活性素则由于分子间β-折叠结构作用的加强,容易形成半径较大的胶束聚集体,聚集体随表面活性素浓度的增加而增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 生物表面活性剂
• 1.1.1 生物表面活性剂的种类
• 1.1.2 生物表面活性剂的性质
• 1.1.2.1 表面性能
• 1.1.2.2 选择性
• 1.1.2.3 生理功能
• 1.1.2.4 环保性能
• 1.2 微生物脂肽
• 1.3 表面活性素
• 1.3.1 表面活性素的结构
• 1.3.2 表面活性素的应用
• 1.3.2.1 微生物采油
• 1.3.2.2 生物修复
• 1.3.2.3 药物应用
• 1.3.3 表面活性素的化学性质
• 1.3.2.1 表面活性素分子结构对其性质的影响
• 1.3.2.2 环境因素对表面活性素性质的影响
• 1.4 研究方法
• 1.4.1 表面张力法
• 1.4.2 电导法
• 1.4.3 荧光法
• 1.4.4 光散射法
• 1.4.5 等温微热量法
• 1.4.6 电镜法
• 1.5 本文的选题依据和研究思路
• 第2章 表面活性素的制备和分离纯化
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料与仪器
• 2.2.1.1 材料
• 2.2.1.2 仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.2.1 表面活性素粗品的制备
• 2.2.2.2 常压柱色谱
• 2.2.2.3 高效液相色谱
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 表面活性素粗品的常压柱色谱分离
• 2.3.2 表面活性素样品的高效液相色谱
• 2.3.3 表面活性素结构的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 表面活性素surfactin-C16在溶液中的胶束化行为
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料与仪器
• 3.2.1.1 材料
• 3.2.1.2 仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 表面张力法
• 3.2.2.2 荧光法
• 3.2.2.3 动态光散射法
• 3.2.2.4 冷冻刻蚀透射电镜
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 表面活性素surfactin-C16的临界胶束浓度
• 3.3.2 表面活性素surfactin-C16的胶束粒径分布
• 3.3.3 表面活性素surfactin-C16的胶束形态
• 3.3.4 表面活性素surfactin-C16胶束聚集数
• 3.4 本章小结
• 第4章 反离子对表面活性素surfactin-C16胶束化行为的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料与仪器
• 4.2.1.1 材料
• 4.2.1.2 仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 反离子对表面活性素surfactin-C16临界胶束浓度的影响
• 4.3.2 反离子对表面活性素surfactin-C16胶束微极性的影响
• 4.3.3 反离子对表面活性素surfactin-C16胶束微粘度的影响
• 4.3.4 反离子对表面活性素surfactin-C16胶束粒径分布的影响
• 4.3.5 反离子对表面活性素surfactin-C16胶束形态的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 分子结构对表面活性素胶束化行为的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 材料与仪器
• 5.2.1.1 材料
• 5.2.1.2 仪器
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.2.1 表面张力的测定
• 5.2.2.2 界面张力测定
• 5.2.2.3 荧光法
• 5.2.2.4 动态光散射
• 5.2.2.5 冷冻刻蚀电镜
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 表面活性素分子结构对表面（界面）性质的影响
• 5.3.2 表面活性素分子结构对胶束微极性的影响
• 5.3.3 表面活性素分子结构对胶束粒径分布的影响
• 5.3.4 表面活性素分子结构对胶束形态的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文情况