聚乙二醇對Triton X-100膠束特性的影響

2015年2月汕頭大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第30卷第1期Feb.2015Journal of Shantou Untversity(Natural Science)Vol 30 No. 1文章編號:1001-4217(2015)01-0040-聚乙二醇對 Triton X-100膠束特性的影響張楊龍,李夏云,劉楊(汕頭大學(xué)理學(xué)院生物系,廣東汕頭515063)摘要:為深入探索PEG/ Triton X-100雙水相體系中PEG分子對非離子型表面活性劑Triton X-100膠束特性的影響,利用粘度法對非離子型表面活性劑 Triton x-100水溶液的膠束化行為進(jìn)行表征,研究了PEG分子對 Triton X-100水溶液膠束特性粘數q]和水化程度的影響.結果表明,在含有PEG分子的 Triton X-100膠束稀溶液中,PEG的分子量和濃度變化對膠束的特性粘數影響并不顯著(zhù);但隨著(zhù)PEG分子量的增加, Triton X-100膠束的水化程度增加,膠束外殼與水溶液的相互作用增大.進(jìn)一步以苯甲?；阴１桨?BZA)作為探針,研究PEG分子對膠束內核極性的影響.結果顯示PEG分子對 Triton X-100膠束內核極性具有顯著(zhù)的影響:PEC濃度越大,BZA在膠束內烯醇式結構減少,表明膠束內核極性增加;同時(shí)隨著(zhù)PEG分子量的增加,對內核極性的影響程度降低關(guān)鍵詞: Triton X-100;膠束;特性粘度;水化程度;內核極性;聚乙二醇中圖分類(lèi)號:Q5文獻標志碼:ATriton X-100(辛基苯基聚氧乙烯醚)是一種非離子型表面活性劑,分子結構由聚氧乙烯鏈的親水性頭基和烷烴鏈的疏水性尾基組成.當其水溶液濃度超過(guò)其臨界膠束濃度(CMC=0138×103-015×10gml-1)時(shí), Triton x-100分子能夠聚集在一起形成膠束其疏水性尾部聚合形成疏水性?xún)群?對疏水性分子有良好的增溶作用,可應用于強疏水性?xún)仍谀さ鞍籽芯?由非離子型表面活性劑形成的雙水相體系是一種分離和純化膜蛋白的有效手段,尤其是非離子型表面活性劑與親水性聚合物形成的雙水相體系,可使疏水性膜蛋白富集于表面活性劑相,親水性蛋白富集于聚合物相,從而實(shí)現對疏水性膜蛋白的富集分離.然而,非離子型表面活性劑水溶液中的膠束化行為比較復雜,溶液環(huán)境的變化會(huì )導致表面活性劑膠束性質(zhì)的改變.研究學(xué)者結合動(dòng)態(tài)光散射、粘度法、核磁共振等檢測方法對非離子型表面活性劑膠束的結構和性質(zhì)進(jìn)行一系列的研究,報道了膠束的分子量、大小和形狀等性質(zhì)參數特征-9.而對于由PEG(聚乙二醇)與收稿日期:2014-10-08作者簡(jiǎn)介:張楊龍(1988-),男,研究生,碩士,主要研究方向:生物分離技術(shù).E-mal:1lylzhangl@Pstu.edu.cn通信作者:劉楊(1978-),女,教授,博士,主要研究方向:生物分離技術(shù)E-mil:liuyanglft@stu.edu.cn基金項目:廣東省高等學(xué)校優(yōu)秀青年教師培養計劃(Yq2013076),廣東省科技計劃項目(2012B060000廣東省高等學(xué)校學(xué)科與專(zhuān)業(yè)建設專(zhuān)項資金項目(2012KJCX0052)第1期張楊龍等:聚乙二醇對 Triton X-100膠束特性的影響Triton X-100形成的雙水相體系,尚缺乏對 Triton x-100富集相膠束化行為的系統研究,探索 Triton X-100膠束化行為受成相組分PEG分子的影響規律,有助于深入探索PEG/ Triton x-100雙水相體系相平衡特性及疏水性膜蛋白的分配機理.因此,本文基于PEG/ Triton X-100雙水相體系相平衡中兩種成相組分濃度的比例關(guān)系,研究PEG分子對 Triton x-100膠束化行為的影響,首先通過(guò)粘度法研究了PEG分子對 Triton X100膠束特性粘數[q]以及水化作用等基本性質(zhì)的影響,然后利用苯甲?；阴１桨?BZAA)作為探針,對 Triton X-100膠束溶液的內核極性進(jìn)行表征,考察PEG分子對膠束內核極性的影響1材料與方法11實(shí)驗材料Triton X-100、PEG20000、PEG8000、PEG4000均購買(mǎi)于 AMERCO公司.苯甲?；阴１桨?BZAA)來(lái)自于 Tokyo化工公司;其它試劑均為國產(chǎn)分析純12實(shí)驗方法1.2.1膠束溶液的制備將 Triton X-100用0.01mol/L磷酸鹽緩沖液(PBS,pH=7)溶解,配制成一系列濃度梯度的膠束溶液(0-004gm-1),分別測量其粘度.在保證 Triton X100終濃度不變的條件下,與不同分子量的PEG(2000,.8000和4000)混合,使PEG的終濃度分別為001gml-1、0.005gml1和00lgml,在同樣條件下測量溶液粘度1.22溶液粘度的測定根據GB1632-93中的方法,25℃條件下,利用烏氏粘度計測量 Triton X-100膠束水溶液的粘度.分別測量溶液流過(guò)毛細管的流出時(shí)間t以及對應溶劑流過(guò)毛細管的時(shí)間t,溶液粘度與留出時(shí)間和體積密度之積成正比,稀溶液和純溶劑具有相似的密度,故溶液的相對粘度為t(1)1.23膠柬的內核極性的測量根據 Shoji et al所用的方法,配制10mgL4的BZAA溶液,以此作為溶劑,按表1分別配制含有不同濃度PEG的(混合)膠束溶液,恒溫25℃振蕩12h混勻,在220-350nm范圍內進(jìn)行光譜掃描.表1含有不同濃度PEG的 Triton X-100膠束溶液混合膠束溶液不同濃度的 Triton X-100溶液0.005 g"ml-0.01 gml0.5PEG(x10'g'ml2結果與討論2.1 Triton X-100膠束外殼的水化非離子型表面活性劑在CMC以上才會(huì )形成膠束,因此以CMC時(shí)膠束溶液的粘度為參照,即測定C>CMC時(shí)膠束溶液的相對粘度n=η/nm,由于 Triton X-100的CMC42汕頭大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第30卷極低,nm與純溶劑的粘度相似,因此 Huggins方程可以改寫(xiě)為m, /C=(n, -1)C=[nI+kHnlc其中,η表示稀溶液的增濃粘度,C代表膠束溶液的濃度,單位是g:ml-,m表示溶液的特性粘數.分別測量不同濃度的 Triton x-100膠束水溶液(0-0.03gml)的相對粘度η,通過(guò)nCC作圖,由直線(xiàn)的截距和斜率可以得到膠束溶液特性粘數m和 Huggins系數h特性粘數m反映單個(gè) Triton x-100膠束對粘度的貢獻, Huggins系數kn描述膠束與溶液環(huán)境之間的相互作用,其數值越大表明相互作用越弱嗎.將不同濃度和不同分子量的PEG與Tonx-100水溶液混合后,根據方程(2)得到膠束的特性粘數m均在60mlg左右(圖1和表2).此研究結果表明低濃度的PEG分子對 Triton x-100膠束與水的相互作用沒(méi)有顯著(zhù)影響.表2 Trtion x-100/PEG混合膠束外殼的水化Triton X-IOO/PEGPEG 20")/(.g")kwTrtion X-100/PEG InI/g g) 0.005 g" PEG /(mlg")6.114.28不含PEG6.111,236.091.23PEG200003.72PEG &0001.240016094581.23PEG 4 0005.954.81L.18◆不含PE110.1gmPEG20000a.140.005g/ml910140.01 g/ml10PEG80009△PEG400770.00圖1P對TmX10膠束溶液特性粘數和Hwn系數山30.02C/(gmlCl(.ml)(a)不同濃度PEC20000的影響(b)不同分子量PEG的影Huggins常數kH的數值還可用于表征表面活性劑膠束的形狀, Bahadur等人研究嵌段共聚物 Pluronic p94水溶液的性質(zhì),在一定溫度范圍內,k約為2左右,可認為Pluronic p4膠束是球形的.而在 Triton x-100與PEG的混合水溶液中,k數值為340左右,說(shuō)明 TritonⅩ-100膠束并不呈球形.大多數非離子型表面活性劑在低濃度條件下(接近于CMC),膠束都是呈球型的嗎然而, Wright通過(guò)瞬態(tài)電雙折射技術(shù)證實(shí) Triton X-100膠束并不呈球形, Dennis等人在此基礎上通過(guò)粘度法證實(shí) Triton X-100膠束形狀約為橢球形.因此根據 Oncley方程:In]=v(vm +8v.)(3)其中v和v,表示表面活性劑膠束和溶劑的偏比容體積(1/p),8表示膠束的水化度(溶解第1期張楊龍等:聚乙二醇對 Triton x-100膠束特性的影響43每克溶質(zhì)所需溶劑的量),用于表征膠束與水的相互作用.w表示與膠束形狀有關(guān)的因子.對于穩定的球形分子來(lái)說(shuō),ν=2.5,而根據 Dennis的研究結果,可計算出 TritonX-100的v約為28左右.本實(shí)驗通過(guò)方程(3)可以得出 Triton X-100膠束表面的水化數8在12(gg)左右(表1),這與 H. Paradies等的研究結果(δ=1.21g·g-)一致.研究結果表明低濃度PEG分子對 Triton x-100膠束沒(méi)有明顯的影響,但隨著(zhù)PEG分子量的增加, Triton X-10膠束的水化數增加,即膠束與水的相互作用增加,不利于 Triton X100膠束的形成最后,根據Guth和 Simha方程nV=a/C可以得到膠束的形狀和體積的相關(guān)參數:其中,w表示膠束所占的體積分數,C表示表面活性劑的濃度,V表示水化膠束的有效比容體積.當以V對C作圖,所得的V值保持恒定,即近似水平的直線(xiàn)時(shí),可證實(shí) Triton x-100膠束尺寸是單分散性的,從圖2可以看出在PEG和表面活性劑的混合水溶液中,有效比容體積Ⅴ沒(méi)有呈現規律性的變化,但是基本保持恒定,證明 Triton x-100膠束是單分散性的●0gml●不含PEG●0.001gmPEG20000300▲PEG8000△PEG4000△0.01gm12.60.010.020.03C/(gml)C/(gml")(a)不同濃度PEG20000的影響(b)不同分子量PEG的影響圖2PEG對 Triton X-100水溶液有效比容體積Ⅴ的影響22 Triton X-100膠束的內核極性Triton X-100溶液在濃度大于CMC后會(huì )自我組裝形成膠束聚集體,形成具有疏水性的內核.對于表面活性劑來(lái)說(shuō),溶液環(huán)境的變化會(huì )導致膠束內核極性發(fā)生變化嗎.本實(shí)驗利用BZAA作為探針,表征溶液環(huán)境變化對 Triton<08ⅹ-100膠束溶液的影響.BZAA會(huì )以烯醇式結構存在于非極性環(huán)境中,在310mm左右有最大吸收峰.而當BZAA在極性環(huán)境中以酮式結構存在時(shí),在240m處有最大吸收峰221BZAA在不同溶劑中的溶解性質(zhì)首先a溶解于Psmg1)b溶解于PBs(mngt對溶解在不同溶劑中的BZAA溶液進(jìn)行光譜掃c溶解于正十二烷(5mg·L);d溶解于乙醇(5m-L)描,以描述BZAA分子在不同極性溶液中的分圖3BZA溶解在不同溶劑中的吸收光譜汕頭大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第30卷子結構變化情況.圖3是乙醇、正十二烷以及PBS作為溶劑的BZAA溶液的光譜吸收圖.從圖中可以看出BZAA極易溶于乙醇,分別在240mm和310mm處的最大吸收峰較高;而在十二烷中的溶解性比乙醇低,導致其吸收峰也相對較低;在PBS緩沖液中,310πm左右處沒(méi)有最大吸收峰,說(shuō)明BZAA分子在水溶液中沒(méi)有烯醇式結構存在.22.2PEG對 TritonⅩ-100膠束內核極性的影響研究表明, Triton X-100分子和PEG分子混合后會(huì )發(fā)生一定的相互作用,導致 Triton x-100膠束的溶劑化作用發(fā)生變化從而可引起膠束內核極性的改變.根據BZAA在不同極性溶液環(huán)境中的溶解性質(zhì),選擇10mg·L的BZAA溶液作為母液,分別以此母液配制不同濃度 Triton x-100溶液.當Triton x-100溶液的濃度低于臨界膠束濃度時(shí)(CCMC),310mm處的具有光譜吸收,隨著(zhù) Triton x-100濃度的增加,光譜吸收值增加(如圖4中的c-h曲線(xiàn)).光譜掃描結果表明隨著(zhù) Triton X-100濃度的增加,膠束內核的疏水性逐漸增大,此實(shí)驗結果與N.Shoi等人的研究結果相似,對于大多數非離子型表面活性劑來(lái)說(shuō),隨著(zhù)膠束內核疏水性增加,310m處光譜吸收值增加,240m處的光譜吸收值減小習但是由于 Triton x-100本身在280mm處有光譜吸收,會(huì )影響B(tài)ZAA在240mm處的光譜吸收l(shuí).61.20.80.0A/nma-h表示不同濃度的 Triton x-100膠束溶液,依次分別為:0.05×103gml,0.10x103gml2,0.15×103gml0.30×103gml2,0.50×103gml2,0.00lgml2,0005gml,0.01g:ml圖4不同濃度的 Triton x-100膠束溶液含有10mg· L'BZAA的吸收光譜根據上述掃描結果,最終選擇0005gml和0.01gm的 Triton X-100膠束溶液進(jìn)一步研究PEG分子對膠束內核極性的影響.首先將PEG20000與 Triton X-100溶液按一定比例混合,配制成含有不同濃度PEG20000與 Triton x-100的二元混合體系,其中 Triton X-100的終濃度為00lgmH或0005g·ml.光譜掃描結果如圖5所示,圖(a)和(b)分別是含有不同濃度PEG20000在0.01g:m1和0005g·ml1 Triton x-100膠束溶液中對吸收光譜的影響.添加PEG分子后, Triton X-100在310mm處的光譜吸收值總體呈下降趨勢,即在膠束結構中BZAA的烯醇式結構減少, TritonⅩ-100膠束內核的極性增加.PEG濃度越大,對膠束的內核極性影響程度越大,尤其在較高 Triton X100濃度時(shí)趨勢更加明顯.對0005g· ml-I Triton x-100溶液的影響也表現出相似的結果,但是由于 Triton X-100溶液濃度低,影響程度較低.第1期張楊龍等:聚乙二醇對 Triton X-100膠束特性的影響0.9<0.60.6300310300.0nm(a)不同濃度的PEG20000在(b)不同濃度的PEG20000在001gml-1膠束溶液中的影響0005gml膠束溶液中的影響虛線(xiàn)表示BZAA溶于PBS中;實(shí)線(xiàn)表示不同濃度的PEG2000:.0,b.0.5×10gm12l×10g·ml3,d.10×10g:ml各自的影響圖5不同濃度的PEG20000對 Triton X-100膠束溶液吸收光譜的影響為進(jìn)一步考察不同分子量PEG對 Triton x-100膠束內核極性的影響,將濃度為001gml不同分子量的PEG(2000,8000和4000)與 Triton X-100膠束溶液混合,其中 Triton X-100的終濃度為001gm1.光譜掃描結果如圖6所示,結果表明隨著(zhù)PEG分子量的增大,310m處光譜吸收的降低程度減小,即PEG分子量越大,在膠束結構中BZAA烯醇式結構減少,內核極性增加.這可能是由于隨著(zhù)PEG分子量的增大,PEG分子的烷烴鏈增加,相對疏水性增大,反而對 Tritonⅹ-100膠束內核極性的影響程度降低0.9250.60.3200240280320360400虛線(xiàn)表示BAEE溶于PBS中,插圖表示001gm2不同分子量的PEGa0,b.PEG20000,c,PEG800,d.PEG4000各自的影響圖6不同分子量的PEG分別對 Triton X-100膠束溶液吸收光譜的影響3結論通過(guò)研究在PEG/ Triton x-100雙水相體系中溶液環(huán)境變化對 Triton x-100膠束溶液性質(zhì)影響,表明了PEG分子與 Triton X-100分子混合后,會(huì )影響 Triton X-100膠束汕頭大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第30卷的特性粘數[m、外殼水化數8、有效比容體積V以及內核極性(1)粘度法研究結果表明:添加不同濃度(0-001g/ml)和不同分子量的PEG后Triton x-100膠束的特性粘數n]、 Huggins系數kn沒(méi)有明顯的變化,但是隨著(zhù)PEG分子量的增加,膠束外殼水化數8逐漸增加.這就說(shuō)明在 Triton X-100膠束稀溶液中,低濃度PEG分子對 Triton X-100膠束與水的相互作用影響不大;高分子量的PEG會(huì )導致膠束與水的相互作用增加,不利于膠束的形成(2) Triton x-100膠束內核極性研究結果表明:PEG會(huì )影響 Triton X-100膠束內部的結構.在 Triton X-100膠束水溶液中添加PEG分子后,BZA在膠束中的烯醇式結構減少, Triton X-100膠束內核極性增加,PEG濃度越大, Triton X-100膠束內核極性越強.然而,在高分子量PEG與 Triton x-100膠束溶液混合后,對膠束內核極性的影響程度反而降低參考文獻:[1]Richard R B, Murray P D. 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The shape and hydration of Triton X-100 micellescontaining polyethylene glycol are performed based on viscosity method. The resultsindicate that the intrinsic viscosity of micellar has no significant changes when PEGexists, while the hydration increases with higher molecule weight of PEG. Moreover, themicellar inner polarity measurement is made by a comparison of keto-enol tautomerismusing benzoylacetaanilide( BZAa). A decrease in the enolic absorption occurs aspolyethylene glycol with different concentration and molecule weight are added to themicellar solutions. The trend is decreased when PEG of higher molecule weight exists inmicellar solution of Triton x-100Keywords: Triton X-100; micelles; intrinsic viscosity; hydration; inner polaritypolyethylene glycol