3.2表面活性素分子結(jié)構(gòu)對(duì)其溶液微極性的影響

熒光法可以用來研究溶液微環(huán)境性質(zhì)，芘探針的熒光光譜有5個(gè)特征峰，其中第一和第三峰的值可以分別表示出探針分子所處微環(huán)境中極性和非極性的強(qiáng)弱，第一和第三峰的比值I1/I3可以作為膠束微極性的指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)用熒光法測(cè)定不同濃度表面活性素溶液中芘探針熒光光譜，得到第一和第三峰值的比例，研究表面活性素溶液微環(huán)境極性隨表面活性素結(jié)構(gòu)的變化，結(jié)果如表3所示。

表2不同鏈長(zhǎng)表面活性素溶液和正己烷的界面張力

表3表面活性素濃度對(duì)膠束微極性（I1/I3）的影響

隨著表面活性素濃度的增加，溶液的微極性降低，且脂肪鏈長(zhǎng)度對(duì)微極性有明顯影響。從表3中可見，在形成膠束以后，脂肪鏈較短的表面活性素微極性變化不大，脂肪鏈長(zhǎng)度越大，微極性越低。膠束微極性的降低表明探針分子所處微環(huán)境的極性降低，更多探針分子被增溶在膠束中。隨著脂肪鏈長(zhǎng)度的增加，表面活性素的疏水性增加，因此形成的膠束微環(huán)境極性即膠束微極性降低。膠束微極性的降低表明溶液膠束中水分子減少，疏水的非極性物質(zhì)增加，說明脂肪鏈長(zhǎng)度較長(zhǎng)的表面活性素隨著濃度的增加能夠形成更大的膠束聚集體，使得膠束中疏水部分更加密集，而鏈長(zhǎng)較短的表面活性素膠束結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，隨濃度變化較小。

3.3不同鏈長(zhǎng)表面活性素膠束形態(tài)的變化

為了了解不同鏈長(zhǎng)的表面活性素膠束粒徑分布和形態(tài)的變化，我們通過動(dòng)態(tài)光散射和冷凍刻蝕方法對(duì)同一濃度的表面活性素膠束溶液進(jìn)行了研究。用Nano-ZS激光粒度儀測(cè)定了各個(gè)表面活性素在溶液中聚集體粒徑大小分布。不同表面活性素溶液中聚集體粒徑的體積相關(guān)分布如圖4所示。

由圖可以看出，表面活性素在溶液中聚集體的粒徑分布有2個(gè)范圍，較小的膠束小于100 nm,較大的聚集體在300 nm左右。最早由Ishigami等6對(duì)于表面活性素膠束性質(zhì)研究表明，表面活性素通過β折疊結(jié)構(gòu)形成膠束。β折疊結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)中常見的二級(jí)結(jié)構(gòu)，是由伸展的多肽鏈組成的。折疊片的構(gòu)象是通過一個(gè)肽鍵的羰基氧和位于同一個(gè)肽鏈或相鄰肽鏈的另一個(gè)酰胺氫之間形成的氫鍵維持的。氫鍵幾乎都是垂直伸展的肽鏈，這些肽鏈可以是平行排列（走向都是由N到C方向）；或者是反平行排列（肽鏈反向排列）。由于有這樣的結(jié)構(gòu)存在，使得膠束間的氫鍵作用加強(qiáng)，膠束之間有相互作用，能夠形成大的膠束聚集體。所以表面活性素的水溶液中除了形成一般的膠束結(jié)構(gòu)之外，膠束之間也容易產(chǎn)生相互作用，形成較大的膠束聚集體。

這一結(jié)果也和我們之前對(duì)surfactin-C16溶液體系的研究以及Han等對(duì)表面活性素膠束溶液的研究結(jié)果相一致。由于表面活性素具有β折疊結(jié)構(gòu)，除了形成一般的膠束結(jié)構(gòu)之外，膠束之間也容易產(chǎn)生相互作用，形成較大的聚集體。但是從膠束粒徑大小角度出發(fā)，Ishigami等6采用光散射方法測(cè)得表面活性素的膠束形狀，是直徑為5.8 nm,長(zhǎng)115.5 nm的棒狀膠束。Han等的動(dòng)態(tài)光散射結(jié)果也顯示兩個(gè)分布分別是在4-6 nm和100 nm附近有兩個(gè)吸收峰。我們的結(jié)果要比他們的粒徑更大，這可能是體系的差別引起的結(jié)果，還有待進(jìn)一步考證。

圖4不同表面活性素溶液中聚集體粒徑（d）的體積相關(guān)分布圖

圖5不同鏈長(zhǎng)表面活性素溶液的冷凍刻蝕透射電鏡照片

由圖4可知，從相對(duì)體積比例來看，鏈長(zhǎng)較短的surfactin-C12大部分是形成直徑為40 nm左右的膠束，少部分形成直徑大于200 nm的膠束聚集體。隨著表面活性素烷基鏈的增長(zhǎng)，形成的聚集體的直徑明顯增加，也有更多的大粒徑聚集體形成。

為了進(jìn)一步觀察表面活性素膠束溶液的形態(tài)，我們還進(jìn)行了冷凍刻蝕實(shí)驗(yàn)。圖5是表面活性素surfactin-C13和~C16溶液的冷凍刻蝕電鏡照片，表面活性素溶液濃度為4×10-5mol·L-1.

由圖可以觀察到，表面活性素surfactin-C13膠束多數(shù)為直徑在25 nm左右的、球形的、較為均勻的粒子，還有一些較大的100 nm左右的聚集體，這與動(dòng)態(tài)光散射的結(jié)果（圖4）一致，小粒徑的膠束占多數(shù)；表面活性素surfactin-C16主要是有較小的半徑約50 nm的不規(guī)則膠束，以及粒徑較大的幾百納米復(fù)雜聚體兩種聚集體，并且可以觀察到一些層狀聚集結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài)光散射也顯示幾百納米的膠束聚集體增多，動(dòng)態(tài)光散射和冷凍刻蝕的結(jié)果也和熒光實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相一致，可以看出，隨著表面活性素脂肪鏈的增加，膠束之間β折疊作用加強(qiáng)，使得表面活性素更容易發(fā)生膠束之間的聚集，形成大的聚集體。

4結(jié)論

通過表面張力、界面張力、熒光、動(dòng)態(tài)光散射和冷凍刻蝕透射電鏡研究了由Bacillus subtilis HSO121所產(chǎn)生的一系列表面活性素的膠束化行為。研究發(fā)現(xiàn)：隨著表面活性素脂肪鏈的增加，表面活性素的臨界膠束濃度以及膠束形成以后的表面張力都降低，使水/正己烷的界面張力降低幅度加大，這表明表面活性素表面、界面性質(zhì)增強(qiáng)。通過表面活性素膠束溶液聚集體的粒徑分布以及形態(tài)的研究，得到表面活性素結(jié)構(gòu)對(duì)其膠束性質(zhì)的影響規(guī)律。由于表面活性素分子間的β折疊結(jié)構(gòu)，鏈長(zhǎng)較短的表面活性素趨向于形成半徑較小的膠束，膠束結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，隨著表面活性素濃度增加變化不大；對(duì)于鏈長(zhǎng)較長(zhǎng)的表面活性素，由于分子間β折疊結(jié)構(gòu)作用的增強(qiáng)，還能夠形成半徑較大的復(fù)雜聚集體，并且隨著濃度的增加，聚集體增大。