分子动力学研究荧光探针分子在十六烷基三甲基溴化铵胶束中的行为

高凤凤

【摘要】利用分子动力学方法探查荧光探针芘分子在CTAB胶束中的增溶行为，观察到芘分子主要增溶到CTAB的栅栏区和内核区。

【关键词】荧光探针 分子动力学方法

1前言

荧光探针是一类有着共轭结构的有机化合物，芘分子、香豆素以及丹酰都是常见的荧光探针分子。因为荧光探针分子具有高灵敏性及高选择性，荧光探针技术已成为最有效的技术手段之一。在紫外光及可见光的照射下，荧光探针分子可以发射荧光。因为荧光探针分子对周围环境的高灵敏性，它们常用来研究周围胶束分子的性质。

很多实验技术已经探讨过芘分子在不同表面活性剂聚集体中的位置。普遍認为芘分子在胶束中有三种聚集位置：疏水内核、栅栏层以及胶束表面。因为表面活性剂形成的胶束是纳米级别的，只能通过实验技术检测的结果来推测胶束的胶束的微观性质，很难从分子水平上对相应的结论作出合理解释。分子动力学可以直接从分子水平直观观察动力学过程并且获得物质的微观性质的有效技术手段。通过分子动力学模拟相应的实验过程，我们可以从分子水平上获得很多微观细节。

2模拟细节

模拟体系采用GROMACS 4.0.5和GROMOS 45a3联合原子力场。CTA+的参数参照Wang和Larson的工作，芘分子采用Vattulainen文章中的参数，利用ProDRG生成芘分子和CTAB的拓扑文件。模拟体系在XYZ方向运行周期性边界条件。初始构型通过最速梯度法来优化初始构型。然后对体系进行100 ns动力学过程。

3结果讨论

为了保证荧光探针分子能够发出合适的荧光，实验上荧光分子的浓度大约为10-6 mol/l。我们将一个芘分子随机放置在胶束外侧，如图1a左图所示。在动力学过程中，体系能量很快达到稳定，表明体系迅速达到了平衡状态，并且芘分子最终增溶到了CTAB胶束中，最终构型如图1a右图所示。

芘分子到胶束质心的距离如图1b所示。芘分子在3 ns时完全进入到胶束中。因为CTAB极性头带正电，而芘分子周围的π电子云结构使得芘分子在长程静电作用下进入到胶束内部。另外，因为芘分子的疏水性，也促使芘分子增溶到胶束的疏水区域。一旦芘分子靠近胶束，芘分子很快进入到胶束中。从图1b中可以看出，在2.5 ns时，芘分子靠近CTAB胶束，大约0.5 ns以后，芘分子进入到胶束中。

图1c表示的是CTAB中N原子、尾链C1原子以及芘分子在胶束中的分布情况。芘分子呈现出两个特征峰表示芘分子在CTAB中有两个分布位置。这两个位置分别位于距离胶束质心0.3 nm（胶束内核）和1.4 nm（栅栏层）处，如图1d中A和B位置所示。第一个峰说明芘分子占据了胶束的内核区域，第二个峰值相较于第一个峰值更宽更高，说明芘分子在动力学过程中主要存在于胶束的栅栏层。这可能是因为栅栏层和芘分子之间的疏水相互作用影响了芘分子的分布。

4结论

在本文中，我们利用分子动力学方法研究了荧光探针分子（芘分子）在CTAB胶束中的增溶行为。模拟发现芘分子主要增溶到CTAB胶束的内核以及栅栏区。

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