3.2表面活性素分子结构对其溶液微极性的影响

荧光法可以用来研究溶液微环境性质，芘探针的荧光光谱有5个特征峰，其中第一和第三峰的值可以分别表示出探针分子所处微环境中极性和非极性的强弱，第一和第三峰的比值I1/I3可以作为胶束微极性的指标。本实验用荧光法测定不同浓度表面活性素溶液中芘探针荧光光谱，得到第一和第三峰值的比例，研究表面活性素溶液微环境极性随表面活性素结构的变化，结果如表3所示。

表2不同链长表面活性素溶液和正己烷的界面张力

表3表面活性素浓度对胶束微极性（I1/I3）的影响

随着表面活性素浓度的增加，溶液的微极性降低，且脂肪链长度对微极性有明显影响。从表3中可见，在形成胶束以后，脂肪链较短的表面活性素微极性变化不大，脂肪链长度越大，微极性越低。胶束微极性的降低表明探针分子所处微环境的极性降低，更多探针分子被增溶在胶束中。随着脂肪链长度的增加，表面活性素的疏水性增加，因此形成的胶束微环境极性即胶束微极性降低。胶束微极性的降低表明溶液胶束中水分子减少，疏水的非极性物质增加，说明脂肪链长度较长的表面活性素随着浓度的增加能够形成更大的胶束聚集体，使得胶束中疏水部分更加密集，而链长较短的表面活性素胶束结构较稳定，随浓度变化较小。

3.3不同链长表面活性素胶束形态的变化

为了了解不同链长的表面活性素胶束粒径分布和形态的变化，我们通过动态光散射和冷冻刻蚀方法对同一浓度的表面活性素胶束溶液进行了研究。用Nano-ZS激光粒度仪测定了各个表面活性素在溶液中聚集体粒径大小分布。不同表面活性素溶液中聚集体粒径的体积相关分布如图4所示。

由图可以看出，表面活性素在溶液中聚集体的粒径分布有2个范围，较小的胶束小于100 nm,较大的聚集体在300 nm左右。最早由Ishigami等6对于表面活性素胶束性质研究表明，表面活性素通过β折叠结构形成胶束。β折叠结构是蛋白质中常见的二级结构，是由伸展的多肽链组成的。折叠片的构象是通过一个肽键的羰基氧和位于同一个肽链或相邻肽链的另一个酰胺氢之间形成的氢键维持的。氢键几乎都是垂直伸展的肽链，这些肽链可以是平行排列（走向都是由N到C方向）；或者是反平行排列（肽链反向排列）。由于有这样的结构存在，使得胶束间的氢键作用加强，胶束之间有相互作用，能够形成大的胶束聚集体。所以表面活性素的水溶液中除了形成一般的胶束结构之外，胶束之间也容易产生相互作用，形成较大的胶束聚集体。

这一结果也和我们之前对surfactin-C16溶液体系的研究以及Han等对表面活性素胶束溶液的研究结果相一致。由于表面活性素具有β折叠结构，除了形成一般的胶束结构之外，胶束之间也容易产生相互作用，形成较大的聚集体。但是从胶束粒径大小角度出发，Ishigami等6采用光散射方法测得表面活性素的胶束形状，是直径为5.8 nm,长115.5 nm的棒状胶束。Han等的动态光散射结果也显示两个分布分别是在4-6 nm和100 nm附近有两个吸收峰。我们的结果要比他们的粒径更大，这可能是体系的差别引起的结果，还有待进一步考证。

图4不同表面活性素溶液中聚集体粒径（d）的体积相关分布图

图5不同链长表面活性素溶液的冷冻刻蚀透射电镜照片

由图4可知，从相对体积比例来看，链长较短的surfactin-C12大部分是形成直径为40 nm左右的胶束，少部分形成直径大于200 nm的胶束聚集体。随着表面活性素烷基链的增长，形成的聚集体的直径明显增加，也有更多的大粒径聚集体形成。

为了进一步观察表面活性素胶束溶液的形态，我们还进行了冷冻刻蚀实验。图5是表面活性素surfactin-C13和~C16溶液的冷冻刻蚀电镜照片，表面活性素溶液浓度为4×10-5mol·L-1.

由图可以观察到，表面活性素surfactin-C13胶束多数为直径在25 nm左右的、球形的、较为均匀的粒子，还有一些较大的100 nm左右的聚集体，这与动态光散射的结果（图4）一致，小粒径的胶束占多数；表面活性素surfactin-C16主要是有较小的半径约50 nm的不规则胶束，以及粒径较大的几百纳米复杂聚体两种聚集体，并且可以观察到一些层状聚集结构。动态光散射也显示几百纳米的胶束聚集体增多，动态光散射和冷冻刻蚀的结果也和荧光实验的结果相一致，可以看出，随着表面活性素脂肪链的增加，胶束之间β折叠作用加强，使得表面活性素更容易发生胶束之间的聚集，形成大的聚集体。

4结论

通过表面张力、界面张力、荧光、动态光散射和冷冻刻蚀透射电镜研究了由Bacillus subtilis HSO121所产生的一系列表面活性素的胶束化行为。研究发现：随着表面活性素脂肪链的增加，表面活性素的临界胶束浓度以及胶束形成以后的表面张力都降低，使水/正己烷的界面张力降低幅度加大，这表明表面活性素表面、界面性质增强。通过表面活性素胶束溶液聚集体的粒径分布以及形态的研究，得到表面活性素结构对其胶束性质的影响规律。由于表面活性素分子间的β折叠结构，链长较短的表面活性素趋向于形成半径较小的胶束，胶束结构比较稳定，随着表面活性素浓度增加变化不大；对于链长较长的表面活性素，由于分子间β折叠结构作用的增强，还能够形成半径较大的复杂聚集体，并且随着浓度的增加，聚集体增大。