胶体与界面化学7

脂质体和囊泡
细胞膜示意图
表面活性剂囊泡示意图
多层囊泡的粒径为100—800nm，在相变温度以上 时，对多层囊泡进行超声，则会形成单层囊 泡．直径为30—100nm，囊泡的壁厚一般约为5nm， 每个囊泡含有80000一160000个表面活性剂分子. 囊泡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。
囊泡的纯化主要是对囊泡进行分离及去除电解 质。实验室中囊泡的纯化可以采用过滤和渗析的 方法，目前应用较广泛的是渗析的方法。还可以 采用高速离心的方法对制得的囊泡进行纯化。
四、囊泡的性质
1.稳定性
囊泡是表面活性剂的有序组合体在水中的分 散体系,其分散相的尺寸在胶体分散的范围，它 只具有暂时的稳定性,有的可以稳定几周甚至几 月. 形成囊泡的物质在水中的溶解度很小,转移的 速度很慢.而且,相对于层状结构,囊泡结构具有 熵增加的优势.已经发现,多室囊泡越大越稳定. 有时也采用可聚合的表面活性剂,在形成囊泡后 进行聚合,以增强囊泡的稳定性.
二、溶胶体系的分类
分Байду номын сангаас相
气 液 固 气 液 固 液 固
分散介质
名称
实例
泡沫(如灭火泡沫) 乳状液(如牛奶、原油) 溶胶和悬浊液（如油漆、泥浆） 浮石、塑料 珍珠、某些宝石 某些合金、有色玻璃 雾 烟尘
液
液溶胶
固
固溶胶
气
气溶胶
三、胶体的基本特性
1. 特有的分散程度； 2. 微观不均匀（多相）性； 3. 聚结不稳定性。 实际上，只有典型的憎液溶胶才能全面地表现出 胶体的特性。
4.脂质体在化妆品中的应用 将活性成分包封在脂质体中，可以促进有效成分 的渗透，促进细胞对活性成分的吸收，增加肌肤 的亲水能力，降低皮肤的粗糙度，磷脂中的亚油 酸还可以补给肌肤必要的脂肪酸，使皮肤不会由 于这种酸的供应不足而出现丘疹和黑头增多的现 象。许多知名化妆品公司都相继推出了脂质体化 装品。虽然其效果很好，但因脂质体是双层磷脂 微球，遇到某些成分或条件的改变，可能会使微 球溶合或破裂，这是其没有广泛推广的主要原因。
2 包容性 囊泡能够包容多种溶质.它可以按照溶质的极性 把它们包容在不同部位. (1) 较大的亲水溶质包容在它的中心部位.小的亲 水溶质包容在它的中心部位及极性基层之间的 区域,也就是它的各个“水室”之中； (2)疏水溶质则在各个两亲分子双层的碳氢链夹层 之中； (3)本身就具有两亲性的分子,例如胆固醇之类的 化合物,可参加到定向的双层中形成混合双层。 这种特殊的包容性使囊泡具有同时运载水溶性 和水不溶性药物的能力。
处于凝胶态和液态的囊泡的性质不同.例如,被 包容的物质进出囊泡的速度不同.在相转变温度 以上,烷基处于似烃状态时溶质通过双层的速度 明显高于在相转变温度以下的情况. 另外在制备囊泡时,采用薄壁法需要保持体系 温度在相转变温度以下;而采用超声法时则应保 持体系温度在相转变温度以上。一般说来,相转 变温度随体系组成而异，增加碳氢链的长度会升 高相转变温度.碳氢链不饱和化和支化则使之降 低。
离子、分子凝聚
1~100nm
粗粒子分散
1.分散法 通常有四种方法： 机械研磨法：使用球磨机或胶体磨，利用两片 靠得很近的坚硬的磨盘或磨刀高速反向运转时产 生的剪切力，使物质被磨细。 电弧分散法：主要用于制备金属溶胶。将欲分 散的金属作为电极，浸在不断冷却的水中,水中加 少量NaOH作为稳定剂。加直流电压，并调节两电 极距离使之放电，则在电弧作用下，电极表面上 的金属原子蒸发，但随即又被水冷却而凝聚成胶 体粒子。
50 nm
20nm
分子有序组合体的特征
• • • • 由表面活性剂分子自动聚集形成 具有多种形态 可以自组装成各种不同的形态 最适合于生物模拟
第三章 分散体系
在自然界与工农业生产中，经常会遇到一种或 几种物质以小质点的形式分散在另一种物质中所 形成的分散体系。例如： 水滴分散在空气中形成雾， 矿物分散在岩石中形成矿石， 颜料分散在油中成为油漆， 还有疏松的土壤、地下的原油以及我们日常食用 的牛奶、豆浆等等。 在分散体系中，通常将被分散的物质叫做分 散相，而另一种物质称作分散介质。
分散体系的分类
• 粗分散体系 粒径大于100nm （宏观体系） • 分子分散体系 粒径小于1nm （微观体系） • 胶体分散体系 粒径介于1-100 nm （1000 nm ） （介观体系）
第一节 胶体分散体系的制备
一、胶体分散体系的研究对象 • 溶胶(或憎溶液胶)，通常不溶解的物质在适当的条 件下以分子聚集体形式分散在溶剂中，形成外观均 匀但有很大相界面的溶液，扩散慢，不能通过半透 膜，是热力学不稳定体系； • 高分子化合物的溶液（亲液溶胶），其粒子大小在 胶体范围之内，因而具有胶体的一些特性(扩散慢， 不透过半透膜，有丁达尔效应等)，但它是分子分 散的真溶液，溶质与溶剂之间不存在界面，因而是 热力学稳定体系； • 表面活性剂的胶束溶液，常称作缔合胶体，高度分 散、均相，也属热力学稳定体系。
由此可见，囊泡是研究和模拟生物膜的 最佳体系。对囊泡的研究既有助于认识 生物膜的奥秘，也提供了通过仿生发展 高新技术的途径。
2.反应微环境 囊泡可以为一些化学反应及生物化学反应提供适 宜的微环境。例如一些在水中起作用的微生物的 功能常因存在有机溶剂而受到抑制，而这些有机 溶剂又是为溶解烃类或其他不溶于水的反应成分 所必须的。如果用囊泡则可解决此难题，因为囊 泡能使对环境极性有不同要求的成分各得其所， 而且有相互接触进行反应的机会。
液晶模板合成介孔材料
Hexagonal Mesoporous Materials MCM-41 （六角形中孔材料）
a
A Novel Anionic Surfactant Templating Route for Synthesizin b Mesoporous Silica with Unique Structure 新型阴离子表面活性剂模板 法合成具有均一结构的中孔 SiO2 c
• • •
•
将水溶的和不溶的药物包容在脂质体或囊泡 中，形成分散体系，再将脂质体分散液静脉注射 进入人体循环系统，并优先为肝和脾所吸收。 脂质体药物输送体系，具有以下特点： 形成脂质体的磷脂无毒，而且可以生物降解； 脂质体在循环系统中存留的时间比单纯的药物长， 脂质体慢慢降解释放出药物使显效期延长； 在脂质体表面附加上特殊的化学基团，可以使药 物导向特定器官，并大大减少用药的剂量； 药物被包裹在脂质体中可防止酶和免疫体系对它 的破坏。
五、囊泡研究的应用 1.生物膜模拟 生物体最重要的特性都与生物膜有关，生物 膜在诸如离子迁移，免疫识别等过程中起重 要作用。生物膜由三部分组成，是由磷脂和 蛋白质组成的混合双层。双层的外表面是糖 朊层，具有细胞的表面识别功能。双层的内 表面则带有由蛋白质分子交联而成的网. 它 锚接在混合双层的蛋白质分子上，给膜以一 定程度的刚性。
3 相转变 (1)形成囊泡的两亲分子饱和碳链在温度较低 时形成全反式构象.这种非常有序的状态 被叫做凝胶态。 (2) 温度升高到一定值时,热运动使分子在保 有反式构象的条件下,具有某些垂直运动 的自由度。 (3)在温度更高时链节旋转更为自由,失去全反 式结构变为流体,并伴随着较大的焓变。 发生此过程的温度叫做相转变温度，是体 系的特性。
正负离子表面活性剂形成囊泡过程
这种制备方法的机理可以解释: 由于正负离子 表面活性剂极性头间强烈的静电作用，形成离子 对结构，每个极性头在表面吸附层中所占平均面 积大幅度降低，有利于囊泡的形成。 此种方法制备的囊泡其大小、相变温度等性质 都随正、负表面活性剂的比例变化而发生明显变 化。
囊泡的纯化
四、溶胶的制备
• 制备溶胶的首要条件是分散相粒子大小应控制在 胶体范围之内，为此可以选择两种途径，一是使 大块物质分散，称作分散法；二是使小质点(分 子、离子等)聚集，称作凝聚法。另外，由于溶 胶的聚结不稳定性，还必须在制备溶胶过程中加 入稳定剂（如电解质或表面活性剂）。吸附在胶 粒表面，使胶粒能够稳定地分散在分散介质中。
应用实例
• 检测病毒或细菌 1993年，Charych等在science杂志上发表了利用 聚联乙炔囊泡的变色性能，可以在带唾液酸探 头上检测出感冒病菌和大肠杆菌等细菌，为囊 泡的应用开辟了一条新路。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，囊泡的颜色可由蓝变红，十分方便 快捷：
第七节 表面活性剂囊泡
一、囊泡的定义
囊泡是由表面活性剂形成的封闭型双层聚 集体，由天然磷脂（卵磷脂、大豆磷脂、胆 固醇）形成的称作脂质体，由合成表面活性 剂形成的称作囊泡。这是一个最完善的生物 膜模型。 表面活性剂的双层薄膜在水中膨胀会形成 一种像洋葱一样的多层囊泡，对多层囊泡进 行超声分散，则会形成均一的小个单层囊泡。
第八节 液 晶
表面活性剂溶液中，当胶束的浓度很高时， 分散胶束可呈现不同的排列方式，自组装形成 六角束状的六方液晶、各向异性的层状液晶、 呈立方体排列的立方液晶等。
液晶示意图
液晶模板
1992年，Kresge等使用表面活性剂的六方液 晶作为模板，实现了在大于纳米尺度上给无机 材料添加形态花样。依靠超分子模板与无机物 的协同作用形成了内部通道直径为1.5~10nm的 新型介孔分子筛，这一材料学上的突破性进展 在国际上引起很大震动。
二、.囊泡的制备与纯化 1965年,Bangham等人将干磷脂分散在水中， 得到多室囊泡，这是人工制备囊泡开始的标 志。 制备囊泡最重要的条件是分子具有两亲结 构，如双链两亲分子、单链两亲分子、其他 类型两亲分子及可聚合的两亲分子。
三种制备方法
1）注入法 将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(50一60℃)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，即可得脂质体和囊泡。 2）薄壁法 将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。
3）表面活性剂混合制备囊泡
由于上述方法操作起来非常麻烦, 而且靠机械 作用形成的囊泡都是亚稳态的, 机械力除去后, 囊泡膜的曲率会丧失,导致囊泡的形变, 限制了 囊泡的广泛应用。 向表面活性剂溶液中加入另一种表面活性剂 会自发形成囊泡。例如，正负离子表面活性剂混 合制备囊泡，十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基 硫酸钠混合，47℃时有囊泡出现；十一烯酸钠与 十六烷基三甲基溴化铵混合，在两者比例为1：9 时也可以制备囊泡。
超声波分散法：利用频率高于16000Hz的超声波传 入介质，使介质产生相同频率的疏密交替，对分 散相产生撕碎力而达到分散的效果。超声波分散 广泛应用于乳状液的制备。 胶溶法：是使暂时凝集起来的分散相重新分散的 方法。将新生成的并经过洗涤的沉淀，加入少量 电解质作为稳定剂（又称胶溶剂），经搅拌，沉 淀就会重新分散成为溶胶。这种作用叫做胶溶作 用。例如，将新生成的Fe(OH)3沉淀，加入少量 FeCl3 溶液，可制得红棕色的氢氧化铁溶胶。
probe 1 probe 2
cDNA
探针DNA功能化的聚联二炔囊泡比色检测DNA的示意图
• 脂质体作为解毒剂载体治疗金属贮积病。 重金属在人体内含量超过一定值会对人体产生严 重危害。通常可以使用EDTA或DTPA作配体与金 属形成可溶型配合物，排出体外，进行治疗。然 而由于这些螯合物不能透过细胞膜，很大程度上 影响了治疗效果。 直接皮下注射DFO，2小时后 消耗90%，如果将配体包封在脂质体中，6天后还 剩25%，说明脂质体是金属解毒剂有效载体。它 包封配体后，有效的从肝中排除钚，从肾中排泄 出汞及胶体金。
3.药物载体 脂质体是由天然磷脂（如卵磷脂、胆固醇等） 构成的，对生物体细胞有很强的亲和性，因此 具有一定的生理功能。它能改变许多生物活性 物质如抗肿瘤药，消炎药，免疫调节剂，基因 类药物等在体内的运转过程，例如脂质体对淋 巴系统的定向性和对癌细胞的亲和性，表明脂 质体可以做为抗肿瘤药物的载体，可以使药物 选择性的杀伤癌细胞或抑制其繁殖，而且降低 了药物对其他器官的侵害，从而提高抗肿瘤药 物的功效。