分子動力學研究熒光探針分子在十六烷基三甲基溴化銨膠束中的行為

高鳳鳳

【摘要】利用分子動力學方法探查熒光探針芘分子在CTAB膠束中的增溶行為，觀察到芘分子主要增溶到CTAB的柵欄區(qū)和內(nèi)核區(qū)。

【關(guān)鍵詞】熒光探針 分子動力學方法

1前言

熒光探針是一類有著共軛結(jié)構(gòu)的有機化合物，芘分子、香豆素以及丹酰都是常見的熒光探針分子。因為熒光探針分子具有高靈敏性及高選擇性，熒光探針技術(shù)已成為最有效的技術(shù)手段之一。在紫外光及可見光的照射下，熒光探針分子可以發(fā)射熒光。因為熒光探針分子對周圍環(huán)境的高靈敏性，它們常用來研究周圍膠束分子的性質(zhì)。

很多實驗技術(shù)已經(jīng)探討過芘分子在不同表面活性劑聚集體中的位置。普遍認為芘分子在膠束中有三種聚集位置：疏水內(nèi)核、柵欄層以及膠束表面。因為表面活性劑形成的膠束是納米級別的，只能通過實驗技術(shù)檢測的結(jié)果來推測膠束的膠束的微觀性質(zhì)，很難從分子水平上對相應的結(jié)論作出合理解釋。分子動力學可以直接從分子水平直觀觀察動力學過程并且獲得物質(zhì)的微觀性質(zhì)的有效技術(shù)手段。通過分子動力學模擬相應的實驗過程，我們可以從分子水平上獲得很多微觀細節(jié)。

2模擬細節(jié)

模擬體系采用GROMACS 4.0.5和GROMOS 45a3聯(lián)合原子力場。CTA+的參數(shù)參照Wang和Larson的工作，芘分子采用Vattulainen文章中的參數(shù)，利用ProDRG生成芘分子和CTAB的拓撲文件。模擬體系在XYZ方向運行周期性邊界條件。初始構(gòu)型通過最速梯度法來優(yōu)化初始構(gòu)型。然后對體系進行100 ns動力學過程。

3結(jié)果討論

為了保證熒光探針分子能夠發(fā)出合適的熒光，實驗上熒光分子的濃度大約為10-6 mol/l。我們將一個芘分子隨機放置在膠束外側(cè)，如圖1a左圖所示。在動力學過程中，體系能量很快達到穩(wěn)定，表明體系迅速達到了平衡狀態(tài)，并且芘分子最終增溶到了CTAB膠束中，最終構(gòu)型如圖1a右圖所示。

芘分子到膠束質(zhì)心的距離如圖1b所示。芘分子在3 ns時完全進入到膠束中。因為CTAB極性頭帶正電，而芘分子周圍的π電子云結(jié)構(gòu)使得芘分子在長程靜電作用下進入到膠束內(nèi)部。另外，因為芘分子的疏水性，也促使芘分子增溶到膠束的疏水區(qū)域。一旦芘分子靠近膠束，芘分子很快進入到膠束中。從圖1b中可以看出，在2.5 ns時，芘分子靠近CTAB膠束，大約0.5 ns以后，芘分子進入到膠束中。

圖1c表示的是CTAB中N原子、尾鏈C1原子以及芘分子在膠束中的分布情況。芘分子呈現(xiàn)出兩個特征峰表示芘分子在CTAB中有兩個分布位置。這兩個位置分別位于距離膠束質(zhì)心0.3 nm（膠束內(nèi)核）和1.4 nm（柵欄層）處，如圖1d中A和B位置所示。第一個峰說明芘分子占據(jù)了膠束的內(nèi)核區(qū)域，第二個峰值相較于第一個峰值更寬更高，說明芘分子在動力學過程中主要存在于膠束的柵欄層。這可能是因為柵欄層和芘分子之間的疏水相互作用影響了芘分子的分布。

4結(jié)論

在本文中，我們利用分子動力學方法研究了熒光探針分子（芘分子）在CTAB膠束中的增溶行為。模擬發(fā)現(xiàn)芘分子主要增溶到CTAB膠束的內(nèi)核以及柵欄區(qū)。

參考文獻：

[1] Zhao， L.， Yan， Y.， Huang， J. B. Acta. Phys-Chem. Sin. 2010， 26， 840.

[2] Liu， J.， Fang， Y.， Chen， C. L. Langmuir 2008， 24， 1853.

[3] Khatua， D.， Dey， J. J. Phys. Chem. B 2007， 111， 124.

[4] Wang， Z. W.， Larson， R. G. J. Phys. Chem. B 2009， 113， 13697.

[5] ？urdová， J.， ？apková， P.， Plá？ek， J.， Repáková， J.， Vattulainen， I. J. Phys. Chem. B 2007， 111， 3640.

[6] Schuettelkopf， A. W.， van Aalten， D. M. F. Acta. Cryst. D 2004， 60， 1355.