表面活性劑囊泡的應(yīng)用研究進(jìn)展

張群利 崔琳琳 陳春晟

摘要 由于囊泡的特殊結(jié)構(gòu)，它在生物細(xì)胞膜模擬、藥物的封裝及運(yùn)輸、靶向釋放、合成納米粒子以及化學(xué)微反應(yīng)器等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價(jià)值，具有廣闊的應(yīng)用前景。介紹了表面活性劑囊泡的研究進(jìn)展，從囊泡的類別、制備、表征及應(yīng)用等方面作了闡述，并且對囊泡的研究前景作了展望。

關(guān)鍵詞 表面活性劑；囊泡；制備；表征

中圖分類號 S188 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）27-09267-02

Research Progress of Application of Surfactant Vesicles

ZHANG Qunli¹， CUI Linlin²， CHEN Chunsheng¹

（1.Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040； 2.College of Pharmacy， Harbin University of Commerce， Harbin， Heilongjiang 150076）

Abstract Because of special structure， vesicle have important applications in areas such as simulation of biological membranes， packaging and transportation of drugs， targeting the release of synthetic nanoparticles and chemical microreactor， and have the broad application prospect. The progress in the study of vesicles was reviewed in this paper， especially the category， preparation， characterization and application of the vesicles. The promising future was also forecasted.

Key words Surfactant； Vesicles； Preparation； Characterization

表面活性劑能夠依靠其疏水締合作用在溶液中自發(fā)聚集成為多種形式的分子有序結(jié)構(gòu)，其中一種表現(xiàn)為雙分子層的形式^[1]。囊泡是由密閉雙分子層所形成的球形或橢球形的單室或多室類締合結(jié)構(gòu)^[2]。由于囊泡的特殊結(jié)構(gòu)，它在生物細(xì)胞膜模擬、藥物的封裝及運(yùn)輸、靶向釋放、生產(chǎn)涂料、膠黏劑、合成納米粒子以及化學(xué)微反應(yīng)器等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價(jià)值，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 囊泡的類別

根據(jù)形狀、尺寸和雙分子層的數(shù)量，囊泡可以分為單層的小囊泡、大囊泡、巨型囊泡、低聚多孔囊泡或多層囊泡^[3]。具體結(jié)構(gòu)特征見圖1^[4]。

單層囊泡包含一個(gè)雙分子層，按尺寸大小可分為：小囊泡，SUV，r=4～20 nm^[5]；大囊泡，LUV，r=50 nm～10 μm；巨型囊泡，GUV，為有一個(gè)大的水溶性內(nèi)核的球形結(jié)構(gòu)，r>10 μm^[6]；低聚多孔囊泡，OVV，指多個(gè)小囊泡合并為一個(gè)大的囊泡結(jié)構(gòu)；多層囊泡，MLV，常通過磷脂分子構(gòu)建，包含許多類似洋蔥結(jié)構(gòu)的同心殼^[7-9]。通常，單層囊泡形成于稀釋的表面活性劑溶液中，而MLV形成于較濃的表面活性劑體系中。通過控制溶脹，改變溫度和壓力、機(jī)械的和電的或磁的剪切作用，添加各種表面活性劑，可以改變雙分子層的曲率，使得形成囊泡的形狀發(fā)生改變。

2 囊泡的制備

囊泡的大小、分子量分布、表面電位、電離程度、滲透率、物理穩(wěn)定性及其他性能取決于制備方法，因此囊泡的制備方法是非常重要的。常見的囊泡的制備方法包括薄膜水化法、注入法、超聲波振蕩法、逆相蒸發(fā)法、前體囊泡法、擠壓法以及自發(fā)形成囊泡等。

2.1 薄膜水化法

將表面活性劑溶于適量有機(jī)溶劑中，減壓蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，使得表面活性劑在器壁形成薄膜，再用適當(dāng)?shù)乃橘|(zhì)進(jìn)行水化，振搖，得均勻的囊泡溶液^[10]。

2.2 注入法

將表面活性劑溶解于有機(jī)溶劑（乙醚或乙醇）中，在一定的溫度、磁力攪拌下將上述溶液注入水溶液中，減壓除去有機(jī)溶劑后即為均勻的囊泡溶液^[11]。

2.3 超聲波振蕩法

超聲處理法是一個(gè)較方便的方法，采用探頭型、水浴型超聲波設(shè)備進(jìn)行振蕩，可以減小囊泡粒徑，一般與其他方法聯(lián)用^[12]。

2.4 逆相蒸發(fā)法

將表面活性劑溶解于有機(jī)溶劑中，再與水溶液進(jìn)行乳化形成油包水型乳液，然后將乳液加壓蒸發(fā)除去溶劑，即得均勻的囊泡溶液^[13]。

2.5 前體囊泡法

在較高的溫度下，將表面活性劑、醇、水混合，冷卻后可形成濃縮的前體囊泡凝膠，再進(jìn)行水化，可自發(fā)地形成穩(wěn)定的囊泡溶液。

2.6 擠壓法

采用剪切力破壞層狀表面，與新的片段結(jié)合，通過選定孔徑的膜過濾器，可以形成囊泡。

2.7 自發(fā)形成囊泡

在有限的反應(yīng)組分濃度范圍內(nèi)的復(fù)配陰陽離子表面活性劑體系中可以自發(fā)形成囊泡。囊泡結(jié)構(gòu)可以是單層的或者是多層的（洋蔥結(jié)構(gòu)）。典型的可自發(fā)形成囊泡的體系有：陽離子和陰離子表面活性劑的復(fù)配體系^[14-15]、離子型表面活性劑和助表面活性劑復(fù)配體系^[16]、磷脂和膽汁酸鹽表面活性劑體系^[17]等。

3 囊泡的表征

囊泡表征的方法有很多，如電子顯微鏡、光散射法、X射線小角散射以及中子小角散射等。

3.1 光學(xué)顯微技術(shù)

顯微技術(shù)是利用光學(xué)系統(tǒng)或電子光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備，觀察肉眼所不能分辨的微小物體形態(tài)結(jié)構(gòu)及其特性的技術(shù)。光學(xué)顯微技術(shù)是一種直接觀察囊泡的技術(shù)，主要的特征就是其放大率和分辨率。放大率決定圖像的大小，而分辨率可以決定可識別的細(xì)節(jié)程度。egota等^[18]采用光學(xué)顯微技術(shù)研究了在負(fù)離子混合體系雙十二烷基二甲基溴化銨/十二烷基苯磺酸鈉（DDAB/SDBS/H₂O）形成囊泡的過程，從光學(xué)顯微鏡照片顯示混合體系形成低聚多孔囊泡。

3.2 電子顯微鏡技術(shù)

電子顯微鏡成象原理和光學(xué)顯微鏡相似，不同的是它用電子光束作為照射源，電子光束由發(fā)熱絲產(chǎn)生，可由電子槍加速，還可以由電磁體發(fā)出的電場或磁場讓其聚集起來，就像光學(xué)顯微鏡中的透鏡一樣。這項(xiàng)技術(shù)被稱為透射電鏡技術(shù)（TEM），是直接得到各種囊泡照片的一種最直觀的方法。

通過實(shí)時(shí)冷凍透射電鏡（CryoTEM），可以清楚地觀察到自組裝兩親分子形成的微觀結(jié)構(gòu)^[19]，例如表面活性劑、脂類、高分子等。該方法的一個(gè)重要的特點(diǎn)是采用未經(jīng)染色或脫水的樣品，通過在其結(jié)構(gòu)表面形成薄薄的一層水膜，在液氮溫度下使其玻璃化。Jung等^[20]通過CryoTEM技術(shù)來研究十六烷基三甲基溴化銨/辛基磺酸鈉（CTAB/FC₇）負(fù)離子體系，觀測到帶有半球狀端蓋的雙層膜圓柱和敞開的平的圓盤結(jié)構(gòu)與球形的單層囊泡共存于體系，同時(shí)分析不同負(fù)離子囊泡穩(wěn)定性的原因。

冷凍刻蝕電鏡（FFTEM）技術(shù)，是讓樣品中的冰在真空中升華，而在表面上浮雕出樣品的超微結(jié)構(gòu)，然后對浮雕表面進(jìn)行鉑-碳復(fù)型。這是一種將斷裂和復(fù)型相結(jié)合的制備透射電鏡樣品技術(shù)。Huang等^[21]通過FFTEM技術(shù)研究部分水解聚丙烯酰胺和陽離子表面活性劑的混合體系，觀察到自發(fā)囊泡的形成，同時(shí)分析聚丙烯酰胺水解程度、陽離子表面活性劑烴鏈長度及pH等因素對囊泡自發(fā)形成的影響。

3.3 動態(tài)光散射

動態(tài)光散射技術(shù)（DLS）是指通過測量樣品散射光強(qiáng)度起伏的變化來得出樣品顆粒大小信息的一種技術(shù)。DLS技術(shù)是研究囊泡形成和生長的動力學(xué)的好方法。Shioi等^[22]使用DLS技術(shù)來研究十六烷基三甲基溴化銨/辛基硫酸鈉（CTAB/SOS）表面活性劑的混合體系，發(fā)現(xiàn)囊泡最初的尺寸大小和2個(gè)月后的平衡尺寸有很大的關(guān)系。Taneva等^[23]使用DLS和TEM證明，磷酸膽堿胞苷酰轉(zhuǎn)移酶（CCT）的二聚物能夠促進(jìn)囊泡聚合。

3.4 X射線小角散射

X射線小角散射（SAXS）是指被研究的試樣在靠近X射線入射光束附近很小角度內(nèi)的散射現(xiàn)象。SAXS是物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的主要工具之一，常被用于研究膠體粒子、生物大分子、聚合物溶液、囊泡、脂質(zhì)體等體系，可獲取散射體的分散性、尺寸分布、體積分?jǐn)?shù)及分形維數(shù)等定性和定量的結(jié)構(gòu)信息。

3.5 中子小角散射 中子小角散射（SANS）是通過分析長波長中子在小角度內(nèi)的散射強(qiáng)度來研究大小在幾十到幾千埃范圍內(nèi)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種專門的測量技術(shù)。SANS在分辨率質(zhì)量上不能與X射線晶體學(xué)或多維核磁共振相比，但是它是研究溶液中生物大分子和囊泡結(jié)構(gòu)的一個(gè)非常有用的工具。Bergstrm等^[24]用SANS研究了在加鹽和不加鹽的情況下十二烷基三甲基溴化銨/十二烷基硫酸鈉（DTAB/SDS）混合水溶液中囊泡的形成。在等摩爾表面活性劑復(fù)配比例下，在極稀的溶液中發(fā)現(xiàn)小的單層囊泡（r=35～65 nm），而更大的低聚多孔囊泡主要集中在稀溶液中。隨著表面活性劑濃度的增加，可以觀察到小的單層囊泡向膠束聚集體或大的低聚多孔囊泡向?qū)訝畋∑D(zhuǎn)變。

4 囊泡的應(yīng)用

4.1 藥物載體

藥物載體是指能改變藥物進(jìn)入人體內(nèi)的方式和分布，控制藥物釋放速度，并且將其輸送到靶器官的體系^[25-29]。Gergoriadis^[30]在生物膜理論研究的基礎(chǔ)上開始把酶、藥物包裹在脂質(zhì)體中，將脂質(zhì)體用于藥物載體，使得活性物質(zhì)、藥物在血液循環(huán)中免遭破壞及選擇性地到達(dá)靶器官，并且得到緩釋作用。

4.2 微反應(yīng)器

囊泡是一個(gè)較穩(wěn)定的聚集體，每個(gè)聚集體都可以結(jié)合大量的客體分子。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，它可以通過增溶一個(gè)反應(yīng)物來抑制化學(xué)反應(yīng)。更重要的是，它也可以通過把反應(yīng)物濃縮在雙層的界面上而催化一個(gè)反應(yīng)。它就像一個(gè)微反應(yīng)器，而且其催化能力優(yōu)于膠束，并且受聚集體尺寸的影響。所以，可以通過有目的地篩選表面活性劑和反應(yīng)物，并且增溶在囊泡的不同部位來研究各種反應(yīng)。

4.3 合成納米粒子

自從Murtagh和Thomas于1986年首次報(bào)道以雙層囊泡為模板，制備聚合物中空微球，各國研究小組相繼開展了這方面的研究工作。該方法首先利用兩親分子自發(fā)形成雙層囊泡，然后將憎水性單體溶入囊泡雙層之間，并且引發(fā)聚合，最后抽提出兩親分子，制備聚合物中空微球。

5 前景與展望

囊泡作為與細(xì)胞膜最相似的表面活性劑締合結(jié)構(gòu)有著廣闊的應(yīng)用前景。尤其是自發(fā)形成囊泡的出現(xiàn)，其制備簡單，穩(wěn)定性好，受到人們的廣泛關(guān)注。今后，可尋找和合成新型表面活性劑囊泡，研究其性質(zhì)，達(dá)到無毒、可生物降解、價(jià)

廉、可工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)強(qiáng)化其穩(wěn)定性，可承受強(qiáng)剪切力作用、

耐高溫、冷凍及耐強(qiáng)電解質(zhì)等，在醫(yī)藥、涂料、膠黏劑、合成功能納米粒子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

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