兩性表面活性劑椰油酰胺丙基甜菜堿與共軛亞油酸復(fù)合形成囊泡的研究

梁瀟丹，方　云

（江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇無錫 ，214122）

兩性表面活性劑椰油酰胺丙基甜菜堿與共軛亞油酸復(fù)合形成囊泡的研究

梁瀟丹，方云

（江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇無錫 ，214122）

脂肪酸是一種具有較好生物相容性和低毒性的表面活性物質(zhì)，在水溶液中可以自組裝成多種聚集體，如膠束、囊泡和層狀結(jié)構(gòu)。在pKa附近質(zhì)子化的脂肪酸與去質(zhì)子化的脂肪酸皂可以通過氫鍵作用形成脂肪酸囊泡（FAV），F(xiàn)AV的中空殼核結(jié)構(gòu)能夠包埋活性分子，可以作為包埋緩釋體應(yīng)用于洗滌、藥物、食品等領(lǐng)域。本實驗將兩性表面活性劑椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB-35）添加到脂肪酸中，可以與脂肪酸復(fù)合形成囊泡，不改變原有脂肪酸囊泡的形貌及粒徑大小，但是加入一定量時可以拓寬脂肪酸囊泡的pH窗口，將其擴張到中性至弱酸性環(huán)境，這將有利于脂肪酸囊泡在家用清潔和個人護理用品等領(lǐng)域的應(yīng)用。

兩性表面活性劑；椰油酰胺丙基甜菜堿；脂肪酸囊泡；個人護理用品

脂肪酸（FA）來源天然、廣泛，自然界中約有40多種不同的脂肪酸，比如高等動植物中含有豐富的16或18個碳原子的脂肪酸：棕櫚酸（軟脂酸）、油酸、亞油酸和硬脂酸。脂肪酸分子結(jié)構(gòu)中的羧酸基團具有pH刺激響應(yīng)性，賦予了它自組裝活性，從而使得FA在不同pH環(huán)境中表現(xiàn)出不同的自組裝行為。在脂肪酸自組裝領(lǐng)域，脂肪酸自組裝形成囊泡結(jié)構(gòu)的研究最為廣泛。脂肪酸囊泡（FAV）是一種由脂肪酸及其皂組成的封閉脂質(zhì)雙層膠體分散體系，由于制備方法簡單、安全，分子構(gòu)成簡單近年來備受關(guān)注[1]。FAV結(jié)構(gòu)與脂質(zhì)體類似，是一類潛在的優(yōu)良載體，可以包埋香精香料以及去污活性成分，在家用清潔和個人護理用品等領(lǐng)域?qū)⒂兄匾獞?yīng)用[2]。

本實驗選取共軛亞油酸（CLA，conjugated linoleic acid）作為FAV的模板脂肪酸，除卻其天然存在以及具有抗癌、抗粥狀動脈硬化、減脂等多種有益生理功能外[3-4]，還因為其具有較低的鏈溶解溫度，有利于在室溫下形成FAV，同時其分子結(jié)構(gòu)中的共軛雙鍵具有高聚合活性，有利于微干擾化學(xué)交聯(lián)后借助動態(tài)激光光散射（DLS，dynamic light scattering）和透射電子顯微鏡（TEM，transmission electronic microscope）等手段對其FAV進行表征。兩性表面活性劑分子與單一的陰離子型、陽離子型不同，在分子的一端同時存在有酸性基和堿性基。酸性基大都是羧基、磺酸基或磷酸基，堿性基則為胺基或季銨基。此結(jié)構(gòu)決定其不僅具有兩性表面活性劑優(yōu)良的潤濕性、洗凈性、增溶性、乳化分散性、抗靜電性、熱穩(wěn)定性、良好的配伍性，較低的刺激性、優(yōu)于一般陰離子表面活性劑的耐堿性、耐電解質(zhì)性和抗靜電性等優(yōu)點，而且還具有較強的鈣皂分散性，具有表面張力低，起泡性能優(yōu)良等特點。椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB-35）是一個極其溫和的兩性表面活性劑，對皮膚、眼黏膜無刺激、無過敏性反應(yīng)，并且該品種是目前市場上用量最大的。脂肪酸和兩性表面活性劑的復(fù)配體系是家用清潔和個人護理用品等產(chǎn)品中常見的組合，隨著科技的發(fā)展以及囊泡等包埋緩釋體概念愈發(fā)深入人心，如果將兩性表面活性劑引入到囊泡構(gòu)建中，制成含有緩釋作用的包埋體，比如包載洗滌產(chǎn)品中的香精香料，以達到衣物的持久清香，或者包載具有特殊去污效果的成分，這一新的概念或許會為洗滌行業(yè)帶來革新。本實驗以共軛亞油酸為代表脂肪酸，以CAB-35為第二組分，通過改變CAB-35的添加量、改變復(fù)合溶液的pH等條件，采用DLS和TEM等手段探索復(fù)合囊泡形成的pH范圍，并表征囊泡的粒徑與形貌。

1　實驗

1.1材料與儀器

CLA由實驗室自制[5]。CAB-35，廣州天賜高新材料股份有限公司；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉、鹽酸及2-異丙基硫雜蒽酮（ITX）等化學(xué)試劑均為分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；超純水為實驗室自制（電阻率18.2 MΩ·cm），美國Millipore Synergy UV超純水系統(tǒng)。激光光散射儀（ALV/ DLS/SLS-5022F型，德國Hosic Limited公司）；透射電子顯微鏡（JEOL-JEM2100，日本電子公司）；數(shù)顯酸度計，PHS-3C型，上海宇隆儀器有限公司；PowerArc UV 100點光源固化系統(tǒng)，主波峰365 nm，波長范圍350～450 nm，200 W，藍(lán)天特?zé)舭l(fā)展有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1共軛亞油酸復(fù)合囊泡的制備

準(zhǔn)確稱取一定量的CLA與CAB-35，用pH=13的氫氧化鈉溶液溶解定容，將其等分為若干份于試管中，用稀鹽酸調(diào)節(jié)不同試管中溶液的pH，得到一系列不同pH的復(fù)合溶液。在室溫下靜置24h后，即可得到自組裝形成囊泡。考察CAB-35的添加量對FAV窗口的影響，所有實驗的CLA濃度均為3mmol/L，室溫下進行。

1.2.2動態(tài)激光光散射法（DLS）

將復(fù)合物溶液靜置平衡24h，并再次測定pH值，同時觀察并記錄溶液的外觀狀態(tài)（透明，乳光，渾濁或分相）。然后經(jīng)孔徑為0.45mm的濾膜（水相，PVDF材質(zhì)）過濾后進行DLS測試（波長632.8 nm，散射角90o，掃描時間300 s，溫度25℃）。對不同pH下的溶液進行掃描獲得自組裝體的粒徑Dh，并用同一入射光強所對應(yīng)的散射光強（SI）與溶液的pH作圖判斷所得囊泡的pH窗口。

1.2.3透射電子顯微鏡法（TEM）

依據(jù)1.2.2得到的囊泡的pH窗口，用磷酸鹽緩沖溶液在對應(yīng)pH窗口內(nèi)配制復(fù)合囊泡溶液。靜置自組裝24h后，加入15mL光引發(fā)劑ITX，通氮氣除氧30min，紫外輻照聚合2.5h，將聚合后的溶液滴在銅網(wǎng)上，用濾紙吸干多余液體，自然干燥后用透射電子顯微鏡表征。

2　結(jié)果與討論

2.1CAB-35與CLA復(fù)合形成囊泡的pH窗口判斷

pH滴定曲線結(jié)合目測外觀狀態(tài)的方法已被用來表征脂肪酸及其離子的聚集體狀態(tài)[6]，滴定曲線的各突躍區(qū)域均與透明-乳光-渾濁-油珠等外觀變化一一對應(yīng)，因而可將pH突躍結(jié)合外觀狀態(tài)變化作為判斷FA的膠束-囊泡-乳液-分相的判據(jù)。由于CAB-35對CLA有增溶作用，復(fù)合溶液透明區(qū)域明顯增大，即使pH很低也呈乳液狀而無油滴出現(xiàn)，因此，pH突躍結(jié)合外觀狀態(tài)變化的傳統(tǒng)判據(jù)不再適合此種體系；基于在DLS表征中囊泡的散射光強比膠束、單體分子明顯增大，因此，采用DLS法判別FAV的pH窗口[7]：作SI-pH回歸曲線，保守地取曲線半峰寬而非峰谷處的pH區(qū)域為FAV的pH窗口。如圖1所示，當(dāng)n(CLA)∶n(CAB)=15∶1時，囊泡的pH窗口為6.8～8.8。

圖1　n(CLA)∶n(CAB-35)=15∶1時復(fù)合囊泡的pH窗口

2.2不同pH時復(fù)合囊泡的形貌和粒徑表征

由2.1方法初步得出囊泡的pH窗口后，通過TEM和DLS的方法來表征聚集體的形貌和粒徑大小。圖2即為pH窗口右端pH=8.8處的TEM圖，并將粒徑統(tǒng)計結(jié)果顯示在b中，c為對應(yīng)的DLS法所表征的粒徑，TEM和DLS法所得的粒徑均在20～30nm，兩種表征結(jié)果基本一致。因此，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入CAB-35后，在CLA的pKa附近自組裝體的形貌依然是囊泡，沒有對脂肪酸的自組裝造成影響，并且粒徑大小也沒有明顯變化。

由圖1可知，復(fù)合體系囊泡的pH窗口為6.8～8.8，跨越兩個pH單位，較CLA的pH窗口（pH8.0～9.0）明顯遷移擴張了一個單位。因此在pH=6.8處也對自組裝后的溶液進行了表征，結(jié)果見圖3，a為pH窗口左端pH=6.8處的TEM圖，并將粒徑統(tǒng)計結(jié)果顯示在b中，c為對應(yīng)的DLS法所表征的粒徑，TEM和DLS法所得的粒徑仍然在20～30nm，所得到的自組裝體和pH=8.8處一致：仍然為囊泡，并且粒徑無明顯變化?？上驳氖?，在考察兩性表面活性劑對CLA囊泡影響的同時，發(fā)現(xiàn)其可以使CLA囊泡的pH窗口向中性甚至弱酸性環(huán)境下遷移擴張，這對于制備經(jīng)濟的、具有包埋緩釋效果的脂肪酸囊泡并將其應(yīng)用于洗滌產(chǎn)品中有很好的啟發(fā)意義。CAB-35可以遷移擴張CLA囊泡pH窗口的原因可能是CAB-35的含氮的陽離子部分、陰離子頭基可以與CLA的羧酸頭基產(chǎn)生離子偶極作用或氫鍵作用，因此可以提高CLA囊泡的穩(wěn)定性以及pH耐受程度。

圖2　囊泡TEM圖以及粒徑統(tǒng)計結(jié)果和DLS法所得粒徑圖

圖3　囊泡TEM圖以及粒徑統(tǒng)計結(jié)果和DLS法所得粒徑圖

圖4　囊泡的pH窗口為8.0～9.0時窗口兩端的TEM圖

2.3不同CAB-35添加量對FAV pH窗口的影響

從更加經(jīng)濟、不影響共軛亞油酸天然安全的角度考慮，降低CAB-35的添加量，考察是否依然不影響CLA囊泡的形成，因此當(dāng)n(CLA)∶n(CAB)=30∶1時，用上述同樣方法測得復(fù)合體系囊泡的pH窗口為8.0～9.0，如圖4a所示，b、c分別為pH窗口兩端（8.0/9.0）的TEM圖。發(fā)現(xiàn)在這種添加量下的結(jié)果與單獨的CLA囊泡的pH窗口以及形貌、粒徑并無區(qū)別。說明當(dāng)兩性表面活性劑的添加量降到一定程度時，它與CLA/SCL的分子間作用力很弱，對脂肪酸囊泡FAV基本不再造成影響。因此，若想使CLA囊泡的pH窗口向酸性環(huán)境遷移擴張，則n(CLA)∶n(CAB-35)=15∶1是最小的比例，繼續(xù)增加CAB-35的量，復(fù)合囊泡的pH窗口寬度可能會更大，但是會增加原料的成本，因此n(CLA)∶n(CAB-35)保持在15∶1是較為合適的。

3　結(jié)論

本實驗以實驗室自制的具有優(yōu)良生理活性的共軛亞油酸為代表性脂肪酸，通過添加兩性表面活性劑CAB-35，制備了共軛亞油酸復(fù)合體系囊泡，并用DLS法判斷了囊泡的pH窗口及粒徑，TEM法表征了囊泡的形貌。發(fā)現(xiàn)當(dāng)n(CLA)∶n(CAB-35)=15/30∶1時，并不影響CLA在其pKa附近組裝成囊泡，但是當(dāng)n(CLA)∶n(CAB-35)=15∶1時，可以成功地遷移擴張FAV的pH窗口，使其落于生命體系適應(yīng)范圍內(nèi)，此種復(fù)合體系囊泡作為具有緩釋作用的包埋體，在洗滌劑及化妝品中都將有重要的應(yīng)用前景。

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[2] 胡靜, 王宇軒. 洗滌劑用香精微膠囊的制備及其性能研究[J]. 中國洗滌用品工業(yè), 2016 (8): 42-47.

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Investigation on Vesicles Formation by Mixture of Amphoteric Surfactant Cocoamidopropyl Betaine and Conjugated Linoleic Acid

Liang Xiaodan，F(xiàn)ang Yun?
(School of Chemical and Material Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu Province)

Fatty acid, a kind of surface active substance that has good biocompatibility and low toxicity, can self-assemble into a variety of aggregations, such as micelle, vesicle and layered structure, when contacting with water. Fatty acid vesicles (FAVs) are formed near the pKa where the non-ionized form is equal to the ionized form (the negatively charged soap) according to hydrogen-bond interaction. FAVs with a hollow core-shell structure can entrap reactive molecules, so they can be used as the embedding slow-release body in washing, medicine, food and other fields.This paper found that vesicles were still formed by mixture of amphoteric surfactant cocoamidopropyl betaine (CAB-35) and conjugated linoleic acid, and the morphology and particle size of fatty acid vesicles were not changed. Also, we succeeded in migrating and extending the pH window to create a neural or mild acid environmentby adding appropriate amount of CAB-35 to the fatty acid. This will be conducive to fatty acid vesicles applied in household cleaning and personal care products.

amphoteric surfactant；cocoamidopropyl betaine；fatty acid vesicles；personal care products

TQ423.3

A

1672-2701（2016）10-35-05

梁瀟丹女士，在讀碩士研究生，主要研究方向：膠體與界面化學(xué)；E-mail：0215liangxiaodan@sina.cn。方云先生，博士，教授，博士生導(dǎo)師；E-mail：yunfang@126.com。

?E-mail: yunfang@126.com