3.2表面活性素分子結(jié)構(gòu)對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)驗用熒光法測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，且脂肪鏈長度對微極性有明顯影響。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，說明脂肪鏈長度較長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不同鏈長表面活性素膠束形態(tài)的變化

為了了解不同鏈長的表面活性素膠束粒徑分布和形態(tài)的變化，我們通過動態(tài)光散射和冷凍刻蝕方法對同一濃度的表面活性素膠束溶液進(jìn)行了研究。用Nano-ZS激光粒度儀測定了各個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)象是通過一個肽鍵的羰基氧和位于同一個肽鏈或相鄰肽鏈的另一個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surfactin-C16溶液體系的研究以及Han等對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采用光散射方法測得表面活性素的膠束形狀，是直徑為5.8 nm,長115.5 nm的棒狀膠束。Han等的動態(tài)光散射結(jié)果也顯示兩個分布分別是在4-6 nm和100 nm附近有兩個吸收峰。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，從相對體積比例來看，鏈長較短的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，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。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)。動態(tài)光散射也顯示幾百納米的膠束聚集體增多，動態(tài)光散射和冷凍刻蝕的結(jié)果也和熒光實(shí)驗的結(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；對于鏈長較長的表面活性素，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。