表面活性剂囊泡的应用研究进展

张群利 崔琳琳 陈春晟

摘要 由于囊泡的特殊结构，它在生物细胞膜模拟、药物的封装及运输、靶向释放、合成纳米粒子以及化学微反应器等领域都有着重要的应用价值，具有广阔的应用前景。介绍了表面活性剂囊泡的研究进展，从囊泡的类别、制备、表征及应用等方面作了阐述，并且对囊泡的研究前景作了展望。

关键词 表面活性剂；囊泡；制备；表征

中图分类号 S188 文献标识码 A 文章编号 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

表面活性剂能够依靠其疏水缔合作用在溶液中自发聚集成为多种形式的分子有序结构，其中一种表现为双分子层的形式^[1]。囊泡是由密闭双分子层所形成的球形或椭球形的单室或多室类缔合结构^[2]。由于囊泡的特殊结构，它在生物细胞膜模拟、药物的封装及运输、靶向释放、生产涂料、胶黏剂、合成纳米粒子以及化学微反应器等领域都有着重要的应用价值，具有广阔的应用前景。

1 囊泡的类别

根据形状、尺寸和双分子层的数量，囊泡可以分为单层的小囊泡、大囊泡、巨型囊泡、低聚多孔囊泡或多层囊泡^[3]。具体结构特征见图1^[4]。

单层囊泡包含一个双分子层，按尺寸大小可分为：小囊泡，SUV，r=4～20 nm^[5]；大囊泡，LUV，r=50 nm～10 μm；巨型囊泡，GUV，为有一个大的水溶性内核的球形结构，r>10 μm^[6]；低聚多孔囊泡，OVV，指多个小囊泡合并为一个大的囊泡结构；多层囊泡，MLV，常通过磷脂分子构建，包含许多类似洋葱结构的同心壳^[7-9]。通常，单层囊泡形成于稀释的表面活性剂溶液中，而MLV形成于较浓的表面活性剂体系中。通过控制溶胀，改变温度和压力、机械的和电的或磁的剪切作用，添加各种表面活性剂，可以改变双分子层的曲率，使得形成囊泡的形状发生改变。

2 囊泡的制备

囊泡的大小、分子量分布、表面电位、电离程度、渗透率、物理稳定性及其他性能取决于制备方法，因此囊泡的制备方法是非常重要的。常见的囊泡的制备方法包括薄膜水化法、注入法、超声波振荡法、逆相蒸发法、前体囊泡法、挤压法以及自发形成囊泡等。

2.1 薄膜水化法

将表面活性剂溶于适量有机溶剂中，减压蒸发除去有机溶剂，使得表面活性剂在器壁形成薄膜，再用适当的水化介质进行水化，振摇，得均匀的囊泡溶液^[10]。

2.2 注入法

将表面活性剂溶解于有机溶剂（乙醚或乙醇）中，在一定的温度、磁力搅拌下将上述溶液注入水溶液中，减压除去有机溶剂后即为均匀的囊泡溶液^[11]。

2.3 超声波振荡法

超声处理法是一个较方便的方法，采用探头型、水浴型超声波设备进行振荡，可以减小囊泡粒径，一般与其他方法联用^[12]。

2.4 逆相蒸发法

将表面活性剂溶解于有机溶剂中，再与水溶液进行乳化形成油包水型乳液，然后将乳液加压蒸发除去溶剂，即得均匀的囊泡溶液^[13]。

2.5 前体囊泡法

在较高的温度下，将表面活性剂、醇、水混合，冷却后可形成浓缩的前体囊泡凝胶，再进行水化，可自发地形成稳定的囊泡溶液。

2.6 挤压法

采用剪切力破坏层状表面，与新的片段结合，通过选定孔径的膜过滤器，可以形成囊泡。

2.7 自发形成囊泡

在有限的反应组分浓度范围内的复配阴阳离子表面活性剂体系中可以自发形成囊泡。囊泡结构可以是单层的或者是多层的（洋葱结构）。典型的可自发形成囊泡的体系有：阳离子和阴离子表面活性剂的复配体系^[14-15]、离子型表面活性剂和助表面活性剂复配体系^[16]、磷脂和胆汁酸盐表面活性剂体系^[17]等。

3 囊泡的表征

囊泡表征的方法有很多，如电子显微镜、光散射法、X射线小角散射以及中子小角散射等。

3.1 光学显微技术

显微技术是利用光学系统或电子光学系统设备，观察肉眼所不能分辨的微小物体形态结构及其特性的技术。光学显微技术是一种直接观察囊泡的技术，主要的特征就是其放大率和分辨率。放大率决定图像的大小，而分辨率可以决定可识别的细节程度。egota等^[18]采用光学显微技术研究了在负离子混合体系双十二烷基二甲基溴化铵/十二烷基苯磺酸钠（DDAB/SDBS/H₂O）形成囊泡的过程，从光学显微镜照片显示混合体系形成低聚多孔囊泡。

3.2 电子显微镜技术

电子显微镜成象原理和光学显微镜相似，不同的是它用电子光束作为照射源，电子光束由发热丝产生，可由电子枪加速，还可以由电磁体发出的电场或磁场让其聚集起来，就像光学显微镜中的透镜一样。这项技术被称为透射电镜技术（TEM），是直接得到各种囊泡照片的一种最直观的方法。

通过实时冷冻透射电镜（CryoTEM），可以清楚地观察到自组装两亲分子形成的微观结构^[19]，例如表面活性剂、脂类、高分子等。该方法的一个重要的特点是采用未经染色或脱水的样品，通过在其结构表面形成薄薄的一层水膜，在液氮温度下使其玻璃化。Jung等^[20]通过CryoTEM技术来研究十六烷基三甲基溴化铵/辛基磺酸钠（CTAB/FC₇）负离子体系，观测到带有半球状端盖的双层膜圆柱和敞开的平的圆盘结构与球形的单层囊泡共存于体系，同时分析不同负离子囊泡稳定性的原因。

冷冻刻蚀电镜（FFTEM）技术，是让样品中的冰在真空中升华，而在表面上浮雕出样品的超微结构，然后对浮雕表面进行铂-碳复型。这是一种将断裂和复型相结合的制备透射电镜样品技术。Huang等^[21]通过FFTEM技术研究部分水解聚丙烯酰胺和阳离子表面活性剂的混合体系，观察到自发囊泡的形成，同时分析聚丙烯酰胺水解程度、阳离子表面活性剂烃链长度及pH等因素对囊泡自发形成的影响。

3.3 动态光散射

动态光散射技术（DLS）是指通过测量样品散射光强度起伏的变化来得出样品颗粒大小信息的一种技术。DLS技术是研究囊泡形成和生长的动力学的好方法。Shioi等^[22]使用DLS技术来研究十六烷基三甲基溴化铵/辛基硫酸钠（CTAB/SOS）表面活性剂的混合体系，发现囊泡最初的尺寸大小和2个月后的平衡尺寸有很大的关系。Taneva等^[23]使用DLS和TEM证明，磷酸胆碱胞苷酰转移酶（CCT）的二聚物能够促进囊泡聚合。

3.4 X射线小角散射

X射线小角散射（SAXS）是指被研究的试样在靠近X射线入射光束附近很小角度内的散射现象。SAXS是物质结构研究的主要工具之一，常被用于研究胶体粒子、生物大分子、聚合物溶液、囊泡、脂质体等体系，可获取散射体的分散性、尺寸分布、体积分数及分形维数等定性和定量的结构信息。

3.5 中子小角散射 中子小角散射（SANS）是通过分析长波长中子在小角度内的散射强度来研究大小在几十到几千埃范围内的物质结构的一种专门的测量技术。SANS在分辨率质量上不能与X射线晶体学或多维核磁共振相比，但是它是研究溶液中生物大分子和囊泡结构的一个非常有用的工具。Bergstrm等^[24]用SANS研究了在加盐和不加盐的情况下十二烷基三甲基溴化铵/十二烷基硫酸钠（DTAB/SDS）混合水溶液中囊泡的形成。在等摩尔表面活性剂复配比例下，在极稀的溶液中发现小的单层囊泡（r=35～65 nm），而更大的低聚多孔囊泡主要集中在稀溶液中。随着表面活性剂浓度的增加，可以观察到小的单层囊泡向胶束聚集体或大的低聚多孔囊泡向层状薄片转变。

4 囊泡的应用

4.1 药物载体

药物载体是指能改变药物进入人体内的方式和分布，控制药物释放速度，并且将其输送到靶器官的体系^[25-29]。Gergoriadis^[30]在生物膜理论研究的基础上开始把酶、药物包裹在脂质体中，将脂质体用于药物载体，使得活性物质、药物在血液循环中免遭破坏及选择性地到达靶器官，并且得到缓释作用。

4.2 微反应器

囊泡是一个较稳定的聚集体，每个聚集体都可以结合大量的客体分子。由于其特殊的结构，它可以通过增溶一个反应物来抑制化学反应。更重要的是，它也可以通过把反应物浓缩在双层的界面上而催化一个反应。它就像一个微反应器，而且其催化能力优于胶束，并且受聚集体尺寸的影响。所以，可以通过有目的地筛选表面活性剂和反应物，并且增溶在囊泡的不同部位来研究各种反应。

4.3 合成纳米粒子

自从Murtagh和Thomas于1986年首次报道以双层囊泡为模板，制备聚合物中空微球，各国研究小组相继开展了这方面的研究工作。该方法首先利用两亲分子自发形成双层囊泡，然后将憎水性单体溶入囊泡双层之间，并且引发聚合，最后抽提出两亲分子，制备聚合物中空微球。

5 前景与展望

囊泡作为与细胞膜最相似的表面活性剂缔合结构有着广阔的应用前景。尤其是自发形成囊泡的出现，其制备简单，稳定性好，受到人们的广泛关注。今后，可寻找和合成新型表面活性剂囊泡，研究其性质，达到无毒、可生物降解、价

廉、可工业化生产，同时强化其稳定性，可承受强剪切力作用、

耐高温、冷冻及耐强电解质等，在医药、涂料、胶黏剂、合成功能纳米粒子等领域广泛应用。

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