2015年2月汕頭大學學報(自然科學版第30卷第1期Feb 2015Journal of Shantou University(Natural Science文章編號:1001-4217(2015)01-0040-08聚乙二醇對 Triton X-100膠束特性的影響張楊龍,李夏云,劉楊(汕頭大學理學院生物系,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行表征,研究了PEG分子對 Triton X-100水溶液膠束特性粘數(shù)]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(shù)影響并不顯著;但隨著PEC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.進一步以苯甲?；阴１桨?BZAA)作為探針,研究PEG分子對膠束內(nèi)核極性的影響.結果顯示PEG分子對 Triton X-100膠束內(nèi)核極性具有顯著的影響:PEG濃度越大,BZAA在膠束內(nèi)烯醇式結構減少,表明膠束內(nèi)核極性增加;同時隨著PEG分子量的增加,對內(nèi)核極性的影響程度降低關鍵詞: Triton X-100;膠束;特性粘度;水化程度;內(nèi)核極性;聚乙二醇中圖分類號: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其臨界膠束濃度(CMC=0.138×103-0.15×10gml-1)時, 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內(nèi)核,對疏水性分子有良好的增溶作用,可應用于強疏水性內(nèi)在膜蛋白研究.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,從而實現(xiàn)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)境的變化會導致表面活性劑膠束性質(zhì)的改變n.研究學者結合動態(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(shù)特征-9.而對于由PEG(聚乙二醇)與收稿日期:2014-10-08作者簡介:張楊龍(1988-),男,研究生,碩士,主要研究方向:通信作者:劉楊(1978-),女,教授,博土,主要研究方向:生鈔基金項目:廣東省高等學校優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計劃(Yq2013076),H中國煤化工1@stu. edu. enCNMH00),廣東省高等學校學科與專業(yè)建設專項資金項目(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(tǒng)研究,探索 Triton X-100膠束化行為受成相組分PEG分子的影響規(guī)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系,研究PEG分子對 Triton x-100膠束化行為的影響,首先通過粘度法研究了PEG分子對 Triton x-100膠束特性粘數(shù)[η]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(nèi)核極性進行表征,考察PEG分子對膠束內(nèi)核極性的影響1材料與方法1實驗材料:Tritonx-100、PEG20000、PEG8000、PEG4000均購買于 AMERCO公司.苯甲酰基乙酰苯胺(BZAA)來自于 Tokyo化工公司;其它試劑均為國產(chǎn)分析純12實驗方法1.21膠束溶液的制備將 Triton X-100用001moL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(0-004gm1-1),分別測量其粘度.在保證 Triton X-100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001gml,在同樣條件下測量溶液粘度1.22溶液粘度的測定根據(jù)GB/1632-93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.分別測量溶液流過毛細管的流出時間t以及對應溶劑流過毛細管的時間t,溶液粘度與留出時間和體積密度之積成正比,稀溶液和純?nèi)軇┚哂邢嗨频拿芏?故溶液的相對粘度為:(1)1.23膠柬的內(nèi)核極性的測量根據(jù) 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220-350mm范圍內(nèi)進行光譜掃描表1含有不同濃度PEG的 Triton X-100膠束溶液不同濃度的 Triton x-100溶液混合膠束溶液0005g"ml0.01 gmlPEG(x10'gml-)2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以上才會形成膠eH中國煤化工容液的粘度為參照,即測定C>CMC時膠束溶液的相對粘度nCNMHG-100的CMC42汕頭大學學報(自然科學版)第30卷極低,nm與純?nèi)軇┑恼扯认嗨?因此 Huggins方程可以改寫為:/C=(m,-1)C=[n]+hUmiC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gmL,m表示溶液的特性粘數(shù).分別測量不同濃度的 Triton x-100膠束水溶液(0-03gm1)的相對粘度η,通過ηC~C作圖,由直線的截距和斜率可以得到膠束溶液特性粘數(shù)n和 Huggins系數(shù)kH特性粘數(shù)m反映單個 Triton x-100膠束對粘度的貢獻, Huggins系數(shù)kn描述膠束與溶液環(huán)境之間的相互作用,其數(shù)值越大表明相互作用越弱.將不同濃度和不同分子量的PEG與 Triton x-100水溶液混合后,根據(jù)方程(2)得到膠束的特性粘數(shù)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有顯著影響表2 Trtion X-100/PEG混合膠束外殼的水化Triton X-100/PEGInI8 Trtion X-100/PEG [nIPEG 20 000(gml")/(ml") H/g'g 0.005 g"ml-PEG /(mlg)不含PEGPEG200003.723.72PEG 8 0006.120016.09PEG 4 0004.81●0gml◆不含PEG1101gmPEG20000▲0.005gml蘭101a001gml101▲PEG8000△PEG400080.02.01C/(g ml)C/(gml)(a)不同濃度PEG20000的影響b)不同分子量PEG的影響圖1PEG對 Triton x-100膠束溶液特性粘數(shù)v]和 Huggins系數(shù)k的影響Huggins常數(shù)kH的數(shù)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 p4水溶液的性質(zhì),在一定溫度范圍內(nèi),k約為2左右,可認為Pluronic pc4膠束是球形的.而在 Triton X-100與PEG的混合水溶液中,kH數(shù)值為3740左右,說明 Triton x-100膠束并不呈球形大多數(shù)非離子型表面活性劑在低濃度條件下(接近于CMC),膠束都是呈球型的然而, Wright通過瞬態(tài)電雙折射技術證實 Triton x-100膠束并不呈球形, Dennis等人在此基礎上通過粘度法證實 Triton X-100膠束形狀約為橢球形.因此根據(jù) Oncley方程:mI=v(vm +8v)TH中國煤化工其中和v表示表面活性劑膠束和溶劑的偏比容CNMHG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.v表示與膠束形狀有關的因子.對于穩(wěn)定的球形分子來說,v=2.5,而根據(jù)Deni的研究結果,可計算出 TritonX-100的v約為28左右.本實驗通過方程(3)可以得出 Triton X-100膠束表面的水化數(shù)8在12(gg)左右(表1),這與 H. Paradies等的研究結果(δ=1.2lg:g-)一致.研究結果表明低濃度PEG分子對 Triton X-100膠束沒有明顯的影響,但隨著PEG分子量的增加, Triton X-100膠束的水化數(shù)增加,即膠束與水的相互作用增加,不利于 Triton x-100膠束的形成最后,根據(jù)Cuth和 Simha方程明V=a/C可以得到膠束的形狀和體積的相關參數(shù):其中,表示膠束所占的體積分數(shù),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,即近似水平的直線時,可證實 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沒有呈現(xiàn)規(guī)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◆不含PEG●0.001gmPEG20000=3.0140.00sgm314PEG800△a.0lgml△PEG40002.60.02C/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(nèi)核極性TritonⅩ-100溶液在濃度大于CMC后,會自我組裝形成膠束聚集體,形成具有疏水性的內(nèi)核.對于表面活性劑來說,溶液環(huán)境的變化會導致膠束內(nèi)核極性發(fā)生變化.本實驗利用BZAA作為探針,表征溶液環(huán)境變化對 Tritonκ8ⅹ-100膠束溶液的影響.BZAA會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,在240m處有最大吸收峰2.2.1BZA在不同溶劑中的溶解性質(zhì)首先V凵中國煤化工 PBS( 10mg L對溶解在不同溶劑中的BZAA溶液進行光譜掃cCNMHG軍于乙醇(5mg·L)描,以描述BZAA分子在不同極性溶液中的分圖3BZAA溶解在不同溶劑中的吸收光譜汕頭大學學報(自然科學版)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240m和310m處的最大吸收峰較髙;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310mm左右處沒有最大吸收峰,說明BZAA分子在水溶液中沒有烯醇式結構存在2.2.2PEG對 TritonⅩ-100膠束內(nèi)核極性的影響研究表明, Triton X-100分子和PEG分子混合后會發(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(nèi)核極性的改變.根據(jù)BZA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(CCMC),310m處的具有光譜吸收,隨著 Tritonⅹ-100濃度的增加,光譜吸收值增加(如圖4中的c-h曲線).光譜掃描結果表明隨著 Triton x-100濃度的增加,膠束內(nèi)核的疏水性逐漸增大.此實驗結果與N.Shoj等人的研究結果相似,對于大多數(shù)非離子型表面活性劑來說,隨著膠束內(nèi)核疏水性增加,310nm處光譜吸收值增加,240nm處的光譜吸收值減小習但是由于 Triton x-100本身在280m處有光譜吸收,會影響B(tài)ZA在240m處的光譜吸收270330W/nma-h表示不同濃度的 Triton X-100膠束溶液依次分別為:0.05×103gml,0.10×10-gm2,0.15×103gml0.30×103gml2,0.50×103gm2,0001g:ml,0.005gml-,0.01gmli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(jù)上述掃描結果,最終選擇0005gml和0.01gml的 Triton X-100膠束溶液,進一步研究PEG分子對膠束內(nèi)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001gml或0005gmh1.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·ml和0.005g· ml- 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, Triton x-100膠束內(nèi)核的極性增加.PEG濃度越大,對膠束的內(nèi)核極性影響程度越大,尤其在較高 Triton x-100濃度時趨勢更加明顯.對0.005g· ml-I Triton￥中國煤化工出相似的結果,但是由于 Triton X-100溶液濃度低,影響程度THCNMHG張楊龍等:聚乙二醇對 Triton X-100膠束特性的影響0.630031030280320360i/nmWnm(a)不同濃度的PEG20000在(b)不同濃度的PEG20000在001gml-l膠束溶液中的影響0.005gml膠束溶液中的影響虛線表示BZAA溶于PBS中;實線表示不同濃度的PEG20000.0,b0.5×10gmle.l×10gml,d.10×10°gml各自的影響圖5不同濃度的PEC20000對 Triton X-100膠束溶液吸收光譜的影響為進一步考察不同分子量PEG對 Triton X-100膠束內(nèi)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o.01g:ml.光譜掃描結果如圖6所示,結果表明隨著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(nèi)核極性增加.這可能是由于隨著PEG分子量的增大,PEG分子的烷烴鏈增加,相對疏水性増大,反而對 TritonⅩ-100膠束內(nèi)核極性的影響程度降低0.30.20024032虛線表示BAEE溶于PBS中插圖表示001gm不同分子量的PEGa0,b.PEG20000,c.PEG8000,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結論中國煤化工通過研究在 PEG/Trite100雙水相體系中THCNMHG100膠束溶液性質(zhì)影響,表明了PEG分子與 Triton X-100分子混合后,會影響 Triton X-100膠束汕頭大學學報(自然科學版)第30卷的特性粘數(shù)m]、外殼水化數(shù)8、有效比容體積以及內(nèi)核極性(1)粘度法研究結果表明:添加不同濃度(0-001gm)和不同分子量的PEG后Triton X-100膠束的特性粘數(shù)v]、 Huggins系數(shù)kn沒有明顯的變化,但是隨著PEG分子量的增加,膠束外殼水化數(shù)δ逐漸增加.這就說明在 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(nèi)核極性研究結果表明:PEG會影響 Triton x-100膠束內(nèi)部的結構.在 Triton X-100膠束水溶液中添加PEG分子后,BZAA在膠束中的烯醇式結構減少, Triton x-100膠束內(nèi)核極性增加,PEG濃度越大, Triton X-100膠束內(nèi)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(nèi)核極性的影響程度反而降低參考文獻:[1]Richard R B, Murray P D. Methods in enzymology [] New York: Academic Press, 2009: 603-617[2] Garavito R M, Miller S F. Detergents as tools in membrane biochemistry [J]. Joumal of BiologicalChemistry,2001,276(35):32403-32406[3] Bordier C. Phase separation of integral membrane proteins in Triton X-114 solution Journal ofBiological Chemistry, 1981, 256(4):1604-160[4] Ivars U, Tjemeld F. Mechanisms of phase behaviour and protein partitioning in detergent/polymeraqueous two-phase systems for purification of integral membrane proteins []. Biochim Biophys Acta2000,1474(2):133-146[5 Mandal A B, Ray S, Biswas A M, et al. Physicochemical studies on the characterization of TritonX-100 micelles in an aqueous environment and in the presence of additives U The Journal of PhysicalChemistry,1980,84(8):856859[6] Koshy L, Saiyad A H, Rakshit A K. The effects of various foreign substances on the cloud point ofTriton X-100 and Triton X-114 [J) Colloid Polymer Science, 1996, 274(6): 582-587[7 Schott H. Efect of inorganic additives on solutions of nonionic surfactants: micellar properties []Joumal of Colloid and Interface Science, 1995, 173(2): 265-277[8]Paradies H H. Shape and size of a nonionic surfactant micelle. Triton X-100 in aqueous solutionThe Journal of Physical Chemistry, 1980, 84(6):599607[9] Tanford C, Nozaki Y, Rohde M F. Size and shape of globular micelles formed in aqueous solutionby n-alkyl polyoxyethylene ethers [] The Joumal of Physical Chemistry, 1977, 81(16): 1555-1560.[10] Liu Y, Wu ZY, Dai J H. Phase equilibrium and protein partitioning in aqueous micellar two-phasesystem composed of surfactant and polymer []. Fluid Phase Equilibria, 2012, 320: 60-64[]趙劍曦表面活性劑膠團水溶液性質(zhì)的粘度研究方法郾日用化學工業(yè),2003,33(4):234-236[12] GB 1632-93. Determination of viscosity number and limiting viscosity number of polymers in dilute[s].[13]Shoji N, Ueno M, Meguro K. Determination of critisurfactants by Keto-Enol tautomerism of benzoylacet中國煤化工 American oilChemists'Society, 1978, 55(2): 297-299YHaCNMHG[14周祖康,吳佩強,肖崢.粘度法研究膠團的球棒轉變物理化學學報,1985,1(4):340-348第1期張楊龍等:聚乙二醇對 Triton X-100膠束特性的影響47[15]趙劍曦,陳曉東,江琳沁.二元 Pluronic嵌段共聚物相互作用門物理化學學報,200,16(12):1093-1102[16] Wright A K. Shape studies on macromolecules in aqueous and detergent solvents by transient electricbirefringence U Jourmal of Colloid and Interface Science, 1976, 55(1): 109-115[17] Wright A K. Shape studies on macromolecules in aqueous and detergent solvents by transientelectric birefringence [. Journal of Colloid and Interface Science, 1976, 55(1): 109-115[18] Robson R J, Dennis E A. The size, shape, and hydration of nonionic surfactant micelles. TritonX-100 [J. The Joumal of Physical Chemistry, 1977, 81(11): 1075-1078[19] Saito Y, Sato T. Effects of polyoxyethylene chain length on micellar structure W). The Joumal ofPhysical Chemistry, 1985, 89(10): 2110-2112.[20] El Eini D I D, Barry B W, Rhodes C T. Micellar size, shape, and hydration of long-chainolyoxyethylene nonionic surfactants [] Journal of Colloid and Interface Science, 1976, 54(3)348-351[21]Qiao L, Eastea A J. The interaction between triton X series surfactants and poly(ethylene glycol )inaqueous solutions () Colloid Polymer Science, 1998, 276(4):313-320Effect of polyethylene Glycol onTriton X-100 Micellar PropertiesZHANG Yanglong, LI Xiayun, LIU YangDepartment of Biology, College of Science, Shantou University, Shantou 515063, Guangdong, China)Abstract: The effect of polyethylene glycol on Triton X-100 micellar structure andmicellar inner polarity is investigated. 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 occurspolyethylene glycol with different concentration and molecule weight are added to themicellar solutions. The trend is decreased when PEG of higher molecule weight existsmicellar solution of Triton x-100Keywords: Triton X-100; micelles; intrinsic viscosity; hydration; inner polarity;polyethylene glycolV凵中國煤化工CNMHG