两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱与共轭亚油酸复合形成囊泡的研究

梁潇丹，方　云

（江南大学化学与材料工程学院，江苏无锡 ，214122）

两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱与共轭亚油酸复合形成囊泡的研究

梁潇丹，方云

（江南大学化学与材料工程学院，江苏无锡 ，214122）

脂肪酸是一种具有较好生物相容性和低毒性的表面活性物质，在水溶液中可以自组装成多种聚集体，如胶束、囊泡和层状结构。在pKa附近质子化的脂肪酸与去质子化的脂肪酸皂可以通过氢键作用形成脂肪酸囊泡（FAV），FAV的中空壳核结构能够包埋活性分子，可以作为包埋缓释体应用于洗涤、药物、食品等领域。本实验将两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱（CAB-35）添加到脂肪酸中，可以与脂肪酸复合形成囊泡，不改变原有脂肪酸囊泡的形貌及粒径大小，但是加入一定量时可以拓宽脂肪酸囊泡的pH窗口，将其扩张到中性至弱酸性环境，这将有利于脂肪酸囊泡在家用清洁和个人护理用品等领域的应用。

两性表面活性剂；椰油酰胺丙基甜菜碱；脂肪酸囊泡；个人护理用品

脂肪酸（FA）来源天然、广泛，自然界中约有40多种不同的脂肪酸，比如高等动植物中含有丰富的16或18个碳原子的脂肪酸：棕榈酸（软脂酸）、油酸、亚油酸和硬脂酸。脂肪酸分子结构中的羧酸基团具有pH刺激响应性，赋予了它自组装活性，从而使得FA在不同pH环境中表现出不同的自组装行为。在脂肪酸自组装领域，脂肪酸自组装形成囊泡结构的研究最为广泛。脂肪酸囊泡（FAV）是一种由脂肪酸及其皂组成的封闭脂质双层胶体分散体系，由于制备方法简单、安全，分子构成简单近年来备受关注[1]。FAV结构与脂质体类似，是一类潜在的优良载体，可以包埋香精香料以及去污活性成分，在家用清洁和个人护理用品等领域将有重要应用[2]。

本实验选取共轭亚油酸（CLA，conjugated linoleic acid）作为FAV的模板脂肪酸，除却其天然存在以及具有抗癌、抗粥状动脉硬化、减脂等多种有益生理功能外[3-4]，还因为其具有较低的链溶解温度，有利于在室温下形成FAV，同时其分子结构中的共轭双键具有高聚合活性，有利于微干扰化学交联后借助动态激光光散射（DLS，dynamic light scattering）和透射电子显微镜（TEM，transmission electronic microscope）等手段对其FAV进行表征。两性表面活性剂分子与单一的阴离子型、阳离子型不同，在分子的一端同时存在有酸性基和碱性基。酸性基大都是羧基、磺酸基或磷酸基，碱性基则为胺基或季铵基。此结构决定其不仅具有两性表面活性剂优良的润湿性、洗净性、增溶性、乳化分散性、抗静电性、热稳定性、良好的配伍性，较低的刺激性、优于一般阴离子表面活性剂的耐碱性、耐电解质性和抗静电性等优点，而且还具有较强的钙皂分散性，具有表面张力低，起泡性能优良等特点。椰油酰胺丙基甜菜碱（CAB-35）是一个极其温和的两性表面活性剂，对皮肤、眼黏膜无刺激、无过敏性反应，并且该品种是目前市场上用量最大的。脂肪酸和两性表面活性剂的复配体系是家用清洁和个人护理用品等产品中常见的组合，随着科技的发展以及囊泡等包埋缓释体概念愈发深入人心，如果将两性表面活性剂引入到囊泡构建中，制成含有缓释作用的包埋体，比如包载洗涤产品中的香精香料，以达到衣物的持久清香，或者包载具有特殊去污效果的成分，这一新的概念或许会为洗涤行业带来革新。本实验以共轭亚油酸为代表脂肪酸，以CAB-35为第二组分，通过改变CAB-35的添加量、改变复合溶液的pH等条件，采用DLS和TEM等手段探索复合囊泡形成的pH范围，并表征囊泡的粒径与形貌。

1　实验

1.1材料与仪器

CLA由实验室自制[5]。CAB-35，广州天赐高新材料股份有限公司；磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、氢氧化钠、盐酸及2-异丙基硫杂蒽酮（ITX）等化学试剂均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；超纯水为实验室自制（电阻率18.2 MΩ·cm），美国Millipore Synergy UV超纯水系统。激光光散射仪（ALV/ DLS/SLS-5022F型，德国Hosic Limited公司）；透射电子显微镜（JEOL-JEM2100，日本电子公司）；数显酸度计，PHS-3C型，上海宇隆仪器有限公司；PowerArc UV 100点光源固化系统，主波峰365 nm，波长范围350～450 nm，200 W，蓝天特灯发展有限公司。

1.2实验方法

1.2.1共轭亚油酸复合囊泡的制备

准确称取一定量的CLA与CAB-35，用pH=13的氢氧化钠溶液溶解定容，将其等分为若干份于试管中，用稀盐酸调节不同试管中溶液的pH，得到一系列不同pH的复合溶液。在室温下静置24h后，即可得到自组装形成囊泡。考察CAB-35的添加量对FAV窗口的影响，所有实验的CLA浓度均为3mmol/L，室温下进行。

1.2.2动态激光光散射法（DLS）

将复合物溶液静置平衡24h，并再次测定pH值，同时观察并记录溶液的外观状态（透明，乳光，浑浊或分相）。然后经孔径为0.45mm的滤膜（水相，PVDF材质）过滤后进行DLS测试（波长632.8 nm，散射角90o，扫描时间300 s，温度25℃）。对不同pH下的溶液进行扫描获得自组装体的粒径Dh，并用同一入射光强所对应的散射光强（SI）与溶液的pH作图判断所得囊泡的pH窗口。

1.2.3透射电子显微镜法（TEM）

依据1.2.2得到的囊泡的pH窗口，用磷酸盐缓冲溶液在对应pH窗口内配制复合囊泡溶液。静置自组装24h后，加入15mL光引发剂ITX，通氮气除氧30min，紫外辐照聚合2.5h，将聚合后的溶液滴在铜网上，用滤纸吸干多余液体，自然干燥后用透射电子显微镜表征。

2　结果与讨论

2.1CAB-35与CLA复合形成囊泡的pH窗口判断

pH滴定曲线结合目测外观状态的方法已被用来表征脂肪酸及其离子的聚集体状态[6]，滴定曲线的各突跃区域均与透明-乳光-浑浊-油珠等外观变化一一对应，因而可将pH突跃结合外观状态变化作为判断FA的胶束-囊泡-乳液-分相的判据。由于CAB-35对CLA有增溶作用，复合溶液透明区域明显增大，即使pH很低也呈乳液状而无油滴出现，因此，pH突跃结合外观状态变化的传统判据不再适合此种体系；基于在DLS表征中囊泡的散射光强比胶束、单体分子明显增大，因此，采用DLS法判别FAV的pH窗口[7]：作SI-pH回归曲线，保守地取曲线半峰宽而非峰谷处的pH区域为FAV的pH窗口。如图1所示，当n(CLA)∶n(CAB)=15∶1时，囊泡的pH窗口为6.8～8.8。

图1　n(CLA)∶n(CAB-35)=15∶1时复合囊泡的pH窗口

2.2不同pH时复合囊泡的形貌和粒径表征

由2.1方法初步得出囊泡的pH窗口后，通过TEM和DLS的方法来表征聚集体的形貌和粒径大小。图2即为pH窗口右端pH=8.8处的TEM图，并将粒径统计结果显示在b中，c为对应的DLS法所表征的粒径，TEM和DLS法所得的粒径均在20～30nm，两种表征结果基本一致。因此，可以发现当加入CAB-35后，在CLA的pKa附近自组装体的形貌依然是囊泡，没有对脂肪酸的自组装造成影响，并且粒径大小也没有明显变化。

由图1可知，复合体系囊泡的pH窗口为6.8～8.8，跨越两个pH单位，较CLA的pH窗口（pH8.0～9.0）明显迁移扩张了一个单位。因此在pH=6.8处也对自组装后的溶液进行了表征，结果见图3，a为pH窗口左端pH=6.8处的TEM图，并将粒径统计结果显示在b中，c为对应的DLS法所表征的粒径，TEM和DLS法所得的粒径仍然在20～30nm，所得到的自组装体和pH=8.8处一致：仍然为囊泡，并且粒径无明显变化。可喜的是，在考察两性表面活性剂对CLA囊泡影响的同时，发现其可以使CLA囊泡的pH窗口向中性甚至弱酸性环境下迁移扩张，这对于制备经济的、具有包埋缓释效果的脂肪酸囊泡并将其应用于洗涤产品中有很好的启发意义。CAB-35可以迁移扩张CLA囊泡pH窗口的原因可能是CAB-35的含氮的阳离子部分、阴离子头基可以与CLA的羧酸头基产生离子偶极作用或氢键作用，因此可以提高CLA囊泡的稳定性以及pH耐受程度。

图2　囊泡TEM图以及粒径统计结果和DLS法所得粒径图

图3　囊泡TEM图以及粒径统计结果和DLS法所得粒径图

图4　囊泡的pH窗口为8.0～9.0时窗口两端的TEM图

2.3不同CAB-35添加量对FAV pH窗口的影响

从更加经济、不影响共轭亚油酸天然安全的角度考虑，降低CAB-35的添加量，考察是否依然不影响CLA囊泡的形成，因此当n(CLA)∶n(CAB)=30∶1时，用上述同样方法测得复合体系囊泡的pH窗口为8.0～9.0，如图4a所示，b、c分别为pH窗口两端（8.0/9.0）的TEM图。发现在这种添加量下的结果与单独的CLA囊泡的pH窗口以及形貌、粒径并无区别。说明当两性表面活性剂的添加量降到一定程度时，它与CLA/SCL的分子间作用力很弱，对脂肪酸囊泡FAV基本不再造成影响。因此，若想使CLA囊泡的pH窗口向酸性环境迁移扩张，则n(CLA)∶n(CAB-35)=15∶1是最小的比例，继续增加CAB-35的量，复合囊泡的pH窗口宽度可能会更大，但是会增加原料的成本，因此n(CLA)∶n(CAB-35)保持在15∶1是较为合适的。

3　结论

本实验以实验室自制的具有优良生理活性的共轭亚油酸为代表性脂肪酸，通过添加两性表面活性剂CAB-35，制备了共轭亚油酸复合体系囊泡，并用DLS法判断了囊泡的pH窗口及粒径，TEM法表征了囊泡的形貌。发现当n(CLA)∶n(CAB-35)=15/30∶1时，并不影响CLA在其pKa附近组装成囊泡，但是当n(CLA)∶n(CAB-35)=15∶1时，可以成功地迁移扩张FAV的pH窗口，使其落于生命体系适应范围内，此种复合体系囊泡作为具有缓释作用的包埋体，在洗涤剂及化妆品中都将有重要的应用前景。

[1] Morigaki K, Walde P. Fatty acid vesicles[J]. Current Opinion in Colloid and Interface Science, 2007, 12(2): 75-80.

[2] 胡静, 王宇轩. 洗涤剂用香精微胶囊的制备及其性能研究[J]. 中国洗涤用品工业, 2016 (8): 42-47.

[3] McCrorie T A, Keaveney E M, Wallace J M W, et al. Human health effects of conjugated linoleic acid from milk and supplements[J]. Nutrition Research Reviews, 2011, 24(2): 206-227.

[4] Schmid A, Collomb M, Sieber R, et al. Conjugated linoleic acid in meat and meat products: a review[J]. Meat Science, 2006, 73(1): 29-41.

[5] 马琳, 樊晔, 方云. 碱法异构化亚油酸甲酯制备共轭亚油酸[J]. 精细化工, 2014 (5): 612-616.

[6] Lee J H, Danino D, Raghavan S R. Polymerizable vesicles based on a single-tailed fatty acid surfactant: a simple route to robust nanocontainers[J]. Langmuir, 2009, 25(3): 1566-1571.

[7] 马洁, 樊晔, 方云. 利用烷基糖苷迁移和扩张共轭亚油酸囊泡pH窗口[J]. 物理化学学报, 2015(7): 1359-1364.

Investigation on Vesicles Formation by Mixture of Amphoteric Surfactant Cocoamidopropyl Betaine and Conjugated Linoleic Acid

Liang Xiaodan，Fang Yun⋆
(School of Chemical and Material Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu Province)

Fatty acid, a kind of surface active substance that has good biocompatibility and low toxicity, can self-assemble into a variety of aggregations, such as micelle, vesicle and layered structure, when contacting with water. Fatty acid vesicles (FAVs) are formed near the pKa where the non-ionized form is equal to the ionized form (the negatively charged soap) according to hydrogen-bond interaction. FAVs with a hollow core-shell structure can entrap reactive molecules, so they can be used as the embedding slow-release body in washing, medicine, food and other fields.This paper found that vesicles were still formed by mixture of amphoteric surfactant cocoamidopropyl betaine (CAB-35) and conjugated linoleic acid, and the morphology and particle size of fatty acid vesicles were not changed. Also, we succeeded in migrating and extending the pH window to create a neural or mild acid environmentby adding appropriate amount of CAB-35 to the fatty acid. This will be conducive to fatty acid vesicles applied in household cleaning and personal care products.

amphoteric surfactant；cocoamidopropyl betaine；fatty acid vesicles；personal care products

TQ423.3

A

1672-2701（2016）10-35-05

梁潇丹女士，在读硕士研究生，主要研究方向：胶体与界面化学；E-mail：0215liangxiaodan@sina.cn。方云先生，博士，教授，博士生导师；E-mail：yunfang@126.com。

⋆E-mail: yunfang@126.com