胶束的应用

胶束的应用学校姓名胶束（micelles）在药剂学中是指：当表面活性剂的正吸附到达饱和后继续加入表面活性剂，其分子则转入溶液中，因其亲油基团的存在，水分子与表面活性剂分子相互间的排斥力远大于吸引力，导致表面活性剂分子自身依赖范德华力相互聚集，形成亲油基向内，亲水基向外，在水中稳定分散，大小在胶体级别的粒子。开始形成胶束时表面活性剂的最低浓度称为临界胶束浓度（CMC），在浓度接近CMC的缔合胶体中，胶束有相近的缔合数并呈球形结构。当浓度不断增加时，由于胶束的大小或缔合数增多，不再持球形而成为圆柱形乃至板形。因此，胶束的应用广泛，也是当今化学界用于分析、设计检测、材料制备、医疗医学等方面有突出作用。胶束在食品检测中的应用主要是以分光光度法进行测定，利用胶束分光光度法，可优化其显色性能【1】。目前，食品中微量铝的测定方法大多采用铝-铬天青S（CAS）比色法。该法以抗坏血酸和EDTA为掩蔽剂，方法的选择性较高，但灵敏度相对较低。胶束分光光度法以CAS为显色剂，氯化十六烷基吡啶（CPC）及聚乙二醇辛基苯基醚（乳化剂OP）为增敏剂，组成Al-CAS-CPC-OP四元显色体系。采用单纯型优化设计进行了显色条件的优化，考查了共存离子的干扰及其消除，提高了方法的灵敏度与选择性。该方法应用于部分食品中铝含量的测定，取得了满意的结果。吸收曲线见图1中看出：吸取2.00mL1.0μg/mL铝（III）标准使用液，按最佳条件显色后测定其吸光度。吸收曲线的最大吸收波长为630nm。在同样条件下测定Al-CAS、Al-CAS-CPC、Al-CAS-OP体系不同波长处的吸光度，吸收曲线见图1。比较4条曲线，Al-CAS-CPC-OP四元显色体系相对灵敏度最高，且最大吸收波长发生红移。从表一中的数据和图一的折线中可以看出胶束分光光度法的优越性。因此，采用改进单纯型试验设计法，得到Al-CAS-CPC-OP显色体系的相对最优条件，同时配合较为独特的样品处理方法，提高了体系的灵敏度与选择性，建立了食品中微量铝的测定方法。该方法可应用于牛奶、黄酒、奶粉及火腿肠等食品的测定，加标回收率94%～104%，5次测定的变异系数2.3%～6.8%，取得良好的结果。现今，纳米材料的研究十分广泛，利用胶束的性质，可以满足不同要求。二元两亲共聚物能在稀溶液中自组装形成纳米尺度的高分子胶束，关于它在药物控释方面的作用已有许多的研究报道。这种高分子胶束的功能受到共聚物化学结构等许多方面的影响，改变共聚物的组成往往可以在一定范围内调控胶束的结构与功能。但是，很多复杂功能的实现要求胶束具有更为复杂的结构。在胶束体系中引入第三组分可增加影响胶束性质的参数，使胶束性质在一个更大的范围内变化，从而可能具有更为丰富的结构，为复杂功能的实现提供了可能。引入第三组分最直接的方法是制备三元共聚物。相对于二元两亲共聚物形成的核壳胶束结构，三元共聚物自组装形成的胶束有着更为复杂的结构，如核-壳-冠胶束、多隔室胶束等。但是，要合成一种结构明确的三元共聚物通常较为困难和繁琐。而将两种不同的二元共聚物共混，两者通过协同自组装形成复合胶束，亦可达到在胶束体系中引入第三组分的目的，并且该法显得尤其简便。改变两种共聚物的化学结构及混合比例，可以调控复合胶束的结构与形态，从而满足更多特殊需求。【2】两种共聚物共混形成复合胶束受到许多方面因素的影响，如聚合物之间的相容性、温度、浓度、链长等。两种相容性好的共聚物能在一定的温度、浓度条件下共混形成复合胶束。但不同的共聚物之间一般无法达到好的相容性，尤其是性质完全不同的两种聚合物通常是不相容的。然而，要想结合不同的胶束功能，选用性质截然不同的聚合物是十分必要的。多种聚合物组分的结合以及多样的复合形式使得胶束的结构富于变化，随之复合胶束的功能也更为丰富。复合胶束的结构主要可分为复合核、复合壳（冠）以及核-壳-冠结构。复合核共混胶束是一种比较简单的胶束结构，共混的两种共聚物具有相同的亲水链A，不同的疏水链B、疏水链C。复合冠共混胶束具有均一的内核和复合的外冠，根据复合冠的相分离程度可分为中心对称复合冠胶束和非中心对称复合冠共混胶束。核壳冠三层结构胶束有其特殊的意义：可调控的因素更多，变化范围更大，内壳与通道的形成为药物释放的发展指出了新的道路。而采用两种二嵌段共混得到共混胶束是得到核-壳-冠（CSC）胶束的有效途径。相比用三组分共聚物制备的单一胶束，两种共聚物共混制备的复合胶束显现出更多优点。复合胶束不仅制备方法简单，胶束性质更可通过改变共混体系的组成和比例调节，并且胶束形态更加多样化，显现了多种新型胶束结构。基于各组分相容性的差异，复合胶束的形态可以有复合核胶束、复合冠（壳）胶束、Janus胶束、补丁状胶束、核-壳-冠胶束等。并且在很多情况下存在各种特征结构共存的现象，如：复合核胶束同时也可以有补丁状的冠结构；复合冠胶束随着环境的变化可以在Janus胶束和花冠状之间转换；核-壳-冠胶束也可以有复合的胶束核等。总之，胶束的共混为不同刺激响应聚合物的结合提供了可能，是制备多刺激响应胶束的有效途径。近年来，可生物降解的高分子聚合物已广泛用作药物载体。聚乳酸聚乙醇酸(PLGA)毒性低，具有良好的生物相容性和生物降解性，已成为常用的药物载体之一。然而PLGA的直链结构使其在用作药物载体时很难引入大量的功能性基团，限制了材料的广泛应用。多臂星型聚合物的出现为解决这一问题指明了新的方向。该类聚合物结构规整、分子的体积可精确控制、分子量分布可达单分散性且具有更多的可修饰位点．较小的流体力学体积使星型聚合物比相同分子量的直链聚合物降解速率快，有利于其用作药物的负载和输送．【3】设计合成了六臂星型PLGA，通过N-环己基碳二亚胺(DCC)缩合法引入H2N-PEG-NH2得到新型两亲性聚合物6-s-PLGAx-PEG-NH2，考察了材料的自组装性能，研究了聚合物纳米胶束对兔主动脉平滑肌细胞(SMC)的体外细胞毒性作用．在制备空白纳米胶束的实验中，丙酮为两嵌段共聚物的共溶剂，而水为PEG-NH2嵌段的良溶剂，PLGA嵌段的沉淀剂．在合适的条件下，PLGA嵌段的分子链相互缠结在一起形成胶束的“核”，而溶于水的PEG-NH2嵌段形成胶束的“壳”．对制得的纳米粒子，采用DLS测得纳米粒子的平均直径为39.98nm，PDI值为0.18，呈现良好的单分散状态．图3谱线a和b分别为空白胶束在D2O和CDCl3溶剂中的1HNMR谱．在图3谱线b中，由于CDCl3既是PLGA的良溶剂又是PEG的良溶剂，胶束呈现完全溶解状态，因此既可以观察到“核壳结构”的“核”PLGA链段的质子峰，又有“壳”PEG的质子峰;而在图3谱线a中，PLGA链段难溶于D2O，因而相应的质子峰均消失，只能检测到亲水性“壳”，即PEG链段的质子峰。这也佐证了纳米胶束的“核-壳”结构．由图4可以看到，纳米胶束呈现规整的圆球形，粒子表面光滑，粒径均一．聚氨基酸胶束是一类新型的聚合物胶束，具有高效、长效及药量高载等特点。抗肿瘤药物通过化学结合或物理包裹的方式进入胶束内部，具有较高的稳定性。同时，在EPR作用下，聚氨基酸胶束纳米粒可以有效地蓄积于肿瘤组织中达到很好的抗肿瘤效果，并减少药物在其他正常组织中的分布而降低毒副作用。为医学研究提供相关依据。在肿瘤化学治疗中，药物转运系统应尽可能将抗癌药物转运至肿瘤组织部位，并且使肿瘤组织中药物的有效浓度维持较长的时间，从而增加药物的抗肿瘤作用，同时降低药物对正常组织的毒副作用。中药治疗、手术治疗、放射治疗及化学治疗是目前肿瘤治疗常用方法，其中以化学治疗居多。目前已有90余种化疗药物应用于临床，但是药物毒性与严重的不良反应等原因限制了化疗药物的应用。近年来，伴随着纳米级(10～200nm)载体的出现，这一现象得到了很大改善。聚氨基酸胶束是目前常见的一种纳米级药物载体，疏水性的聚氨基酸与亲水性聚合物通过适当的化学反应形成两亲性共聚物。这一两亲性共聚物与常规的表面活性剂相似，当在水溶液中达到临界胶束浓度以上时，分子中的疏水端和亲水端就会发生微相分离，自动形成疏水端向内、亲水端向外的具有典型“核-壳”结构的聚合物胶束，并且这一聚合物胶束的临界胶束浓度较常规表面活性剂更低，因此所形成的聚合物胶束纳米粒具有较高的稳定性。疏水性的药物通过化学结合或物理诱捕等方式进入聚合物胶束内核，增大了疏水性药物的溶解度，提高药物的稳定性。聚氨基酸胶束的疏水性内核可以作为释药贮库，亲水性的外壳可以有效地避免网状内皮系统的吞噬，有利于胶束在水中的分散，延长药物在体内的循环时间。聚氨基酸载药胶束是热力学、动力学稳定的体系，是许多难溶性药物理想的输送系统。【4】聚氨基酸胶束粒径较小，可以有效地避免被网状内皮系统吞噬或被肝、肾清除，延长药物在体内的循环时间。聚氨基酸胶束的疏水性内核可以增加难溶性药物的溶解度，进而增加药物的生物利用度。通过EPR效应，载药的聚氨基酸胶束可以靶向蓄积于肿瘤组织，降低抗肿瘤药物对正常组织的毒副作用。此外，聚氨基酸胶束载体材料在体内环境条件下能够降解为无毒性的物质，并最终排出体外，因此具有很好的生物相容性。聚氨基酸类胶束作为一种新型的纳米级药物载体，对于抗肿瘤药物的开发具有重要的意义，随着对其研究的不断深入，有望在不久的将来为肿瘤治疗带来突破性的进展。水溶性聚合物-胶束复合物在原油开采、矿物浮选、生物高分子溶解和涂料等领域具有重要应用.理论上两者之间相互作用,可以引起聚合物链构象变化,有助于了解胶束存在下蛋白质链的解折叠行为,所以水溶性聚合物-胶束复合体系在基础和应用研究方面都具有重要意义.目前研究主要集中聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮等非离子性聚合物与阴离子、阳离子或非离子型表面活性剂胶束之间,聚合物通过疏水缔合或静电吸引作用吸附在胶束表面或溶解在胶束内形成复合物.如Vangeyte等研究发现聚(E-己内酯)-b-聚乙二(PCL-b-PEO)胶束与十二烷基硫酸钠(SDS)形成复合胶束,随着SDS浓度增加,胶束壳层PEO链逐渐伸展最终导致胶束解离,胶束抗SDS的稳定性随PCL疏水链段长度增加而提高.但是,两亲性聚合物形成的胶束与亲水性聚合物相互作用研究报道很少[6,7].随着活性/可控聚合技术的发展,许多结构和性能丰富的嵌段聚合物可以组装成胶束,这有利于发展具有实际应用前景的胶束-聚合物复合体系.聚(E-己内酯)-b-聚乙二醇-b-聚(E-己内酯)(PCL-b-PEO-b-PCL)是一种具有生物适应性的亲水PEO嵌段和生物可降解的疏水PCL嵌段组成的三嵌段聚合物,在水中形成以PCL为核PEO为壳的胶束,广泛应用于生物医学领域.聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PiPA)在水中为温度敏感性聚合物,其最低临界溶解温度(LCST)~32e,即32e以下聚合物链以伸展的无规线团形式存在,温度高于LCST时,PiPA链易发生链间聚集和链内塌缩,形成相对稳定的聚集体,该性质使其无论是在药物控制体系,还是在人造肌肉、微机械、分离膜、生物材料等领域均有着诱人的应用前景.本文中我们利用激光光散射(LLS)研究PCL-b-PEO-b-PCL形成的胶束与PiPA的复合行为及复合物结构随两者比例和温度的变化,目的是了解弱相互作用对复合物结构和性能的影响.【5】表1为PiPA和PCL-b-PEO-b-PCL胶束的特征参数.20.0e时PiPA在水溶液中是以无规线团形式存在.浓度为1@10-5和5@10-5g/mL的PCL-b-PEO-b-PCL,其3Rg4/3Rh4分别为0.96和0.99,表明PCL-b-PEO-b-PCL形成以PCL为核、PEO为壳的球状胶束.从PiPA、PCL-b-PEO-b-PCL胶束、及质量比(r)为1和5的胶束-PiPA混合体系的f(Rh)(图1)可以看出,两种浓度下PCL-b-PEO-b-PCL胶束均呈现单一峰,说明溶液中主要以胶束形式存在.实验发现,在20-40e范围内,胶束结构稳定,未发现聚集或解聚集现象.从图1还可以看出,PiPA与胶束混合溶液f(Rh)也呈现单峰,散射体的Rh分别大PCL-b-PEO-b-PC