尖端材料與膜模擬化學(xué)：水性膠束、反膠束和微乳液

2.4水性膠束、反膠束和微乳液

“水性膠束”是在表面活性劑溶液超過一定濃度時(shí)自動(dòng)和動(dòng)態(tài)形成的聚集體，其中含有50～100個(gè)表面活性劑分子。該濃度被稱之為臨界膠束濃度（CMC）（如圖）。水性膠束的水力學(xué)半徑具有20～50?的量綱。水性膠束的形成是一個(gè)協(xié)同過程，極性頭的相斥和憎水鏈的相吸是形成膠束的主要力。一般來說，憎水鏈愈長(zhǎng)CMC愈小。水性膠束是所有有序表面活性劑組合體中最沒有次序的聚集體，它們?cè)趦蓚€(gè)已知過程中迅速地破壞和重新形成。第一個(gè)過程是從一個(gè)膠表面活性劑在水和非極性溶劑中的聚集體束中放出一個(gè)表面活性劑分子又結(jié)合進(jìn)去的過程，是一個(gè)微秒級(jí)；第二個(gè)過程是一個(gè)膠束解體和重組的過程，是一個(gè)毫秒級(jí)過程。

增加表面活性劑在水中濃度直到超過CMC以后，會(huì)產(chǎn)生桿狀膠束并進(jìn)一步產(chǎn)生液晶。液晶和液晶狀高聚物都曾被用來制備小顆粒，并用以制備壓電器件，特別有興趣的是那些有機(jī)金屬絡(luò)合物（Metallomesoges），具有液晶行為。具有合適親油/親水比的表面活性劑，如二-2-乙璜基琥珀酸鈉或AOT，在非極性溶劑中能形成反膠束（如圖），反膠束能增溶許多水的分子（例如在己烷中的AOT反膠束每個(gè)分子的表面活性劑能組合60個(gè)水分子）。

表面活性劑形成的水/油微乳液和反膠束的簡(jiǎn)化圖

反膠束所含的水池是很特殊的，它們與體相水的性質(zhì)很不一樣，在一個(gè)相對(duì)小的水/表面活性劑比例時(shí)(ω=8～10，ω=[水]/[表面活性劑])，所用的水分子是牢固地結(jié)合到表面活性劑基團(tuán)上的。被增溶的底物在受限制的反膠束水池中將會(huì)具有不同的解離常數(shù)、反應(yīng)能力和反應(yīng)產(chǎn)物。

人們?cè)晒Φ貙⒌鞍踪|(zhì)和酶放入在有機(jī)介質(zhì)中被表面活性劑穩(wěn)定的水池中。許多被反膠束包住的酶保持其活性并可用來進(jìn)行肽合成。由于在ω值小時(shí)，水池的冰點(diǎn)低于-50℃，這就可以在低溫下研究酶結(jié)構(gòu)以及酶催化反應(yīng)。這些研究對(duì)低溫酶學(xué)（Cryoenzymology）的發(fā)展是十分有用的。

增加表面活性劑包含水的量就會(huì)形成大的聚集體以至最終形成油包水（W/O）微乳液。在AOTW/O微乳液中加入明膠或合適的聚合物，在水池中會(huì)產(chǎn)生有機(jī)凝膠。相反，由卵磷脂制成的反膠束是高粘度的、含有大而柔性的圓柱狀聚集體。在有機(jī)溶劑中還發(fā)現(xiàn)了有雙層聚集體的形成，被稱為反泡囊。和水溶性膠束不一樣，在有機(jī)溶劑中由表面活性劑所形成的結(jié)構(gòu)很容易容納尖端材料的種子，在這些體系中，的確可以產(chǎn)生催化磁性和半導(dǎo)體的粒子。

很有趣的是，在反膠束中還可以觀察到自復(fù)制現(xiàn)象。在有機(jī)溶劑中溴代十六烷和三甲基胺的反應(yīng)可給出十六烷基三甲基銨，在有少量水存在時(shí)，形成反膠束。這一體系被認(rèn)