bola型表面活性劑的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

bola型表面活性劑的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

表面活性劑具有潤濕、路面、泡沫、乳化、增溶、分散和清潔等重要功能。它們在生物化學(xué)、能源科學(xué)、信息材料和許多現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，被稱為“工業(yè)品味”。表面活性劑分子在溶液中和界面上可以自組裝形成具有超分子結(jié)構(gòu)的分子有序組合體,屬于微觀與宏觀之間的介觀世界,其神奇特性激起了人們極大的研究熱情,逐漸成為物理、化學(xué)和生物三大學(xué)科共同關(guān)注的熱點。最近,圍繞表面活性劑在界面上聚集行為的研究,使得一類新型的表面活性劑——bola型表面活性劑備受關(guān)注,成為表面活性劑研究新的發(fā)展方向之一。不同于由一個親水頭基和一個疏水尾鏈組成的傳統(tǒng)表面活性劑,bola型表面活性劑是由兩個親水的極性基團用一根或多根疏水鏈連接鍵合起來的化合物,形似南美土著人的一種武器bola(由一根細(xì)繩兩端各連接一個小球)而得名。1951年,Fuoss和Edelson把疏水鏈兩端各連接一個離子基團的分子稱為bola型電解質(zhì)(bolaformelectrolyte,簡寫為“bolyte”或“bolion”)。對于其中疏水鏈較長的bola型化合物,德國的Fuhrhop教授在上世紀(jì)80年代首先使用了bola兩親化合物(bolaamphiphile)這一術(shù)語來表述。Fuhrhop教授在該領(lǐng)域做了開創(chuàng)性的工作,并于2004年發(fā)表了長達(dá)37頁的綜述。另外Zana、Menger、Mitsutoshi、Masuda[9—11]等和其他許多化學(xué)家也就bola型表面活性劑發(fā)表了大量論文,申請了許多專利。研究發(fā)現(xiàn),bola型表面活性劑在結(jié)構(gòu)上與一種天然古生物細(xì)菌Archaeabacteria的膜脂分子結(jié)構(gòu)相似。由于該類細(xì)菌能夠在高溫、高鹽度和強酸等嚴(yán)酷環(huán)境中生存,因此吸引了眾多科學(xué)家的目光。通過分析這類天然生物膜的結(jié)構(gòu),他們發(fā)現(xiàn)其膜脂分子能夠在細(xì)胞膜中定向排列,形成單分子囊泡,從而具有獨特的物化性能。與傳統(tǒng)的單頭基表面活性劑相比,bola型表面活性劑具有以下特性:臨界膠束濃度(CMC)值一般高于傳統(tǒng)單頭基表面活性劑;在水溶液中臨界溶解溫度(criticalsolutiontemperature)較低,常溫下一般具有更高的溶解性,可作為超分子水相凝膠試劑;在水相中形成的聚集體數(shù)目較小,并且可以形成球形、棒狀和盤狀等多種形態(tài)的聚集態(tài)膠束;當(dāng)bola型表面活性劑中的疏水鏈達(dá)到一定長度時,可以在氣液界面形成單層類脂膜(monolayerlipidmembrane,MLM),進(jìn)而在水相中形成有序分子聚集體——單分子層囊泡(囊泡即表面活性劑在水溶液中自組裝形成的,具有封閉雙層結(jié)構(gòu)的分子有序組合體)。與傳統(tǒng)單頭基表面活性劑所形成的囊泡相比,bola型表面活性劑所形成的MLM膜由一層分子形成,其囊泡較薄,厚度在1.5—2.0nm,而雙層膜(bilayerlipidmembrane,BLM)厚度在3.0—4.0nm;且MLM電導(dǎo)率較低(約10-8Ψ·cm-1),具有很好的絕緣性;此外,MLM構(gòu)型受膜曲率影響較大。Bola型表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)特點,決定了其獨特的應(yīng)用性能。Bola型表面活性劑自身的結(jié)構(gòu)就提供了一種改變表面活性劑性質(zhì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。傳統(tǒng)的表面活性劑是由一個疏水鏈和一個親水的極性頭基組成,改變和提高其表面活性的方法局限于加長疏水鏈或幾種表面活性劑復(fù)合使用;而bola型表面活性劑通過改變兩個極性頭或疏水鏈即可輕易改變其表面活性,這也是人們稱它為新型表面活性劑的原因。本文重點介紹了近年來bola型表面活性劑的合成及應(yīng)用研究情況,并對其研究前景作了展望。1抗氧化膜的制備目前從自然界中直接提取具有bola型結(jié)構(gòu)的天然膜還存在一定困難,為了得到具有高溫穩(wěn)定性或其他特殊功能的MLM膜,人們開始有意識地合成bola型表面活性劑。1979年,Kunitake和Okahata第一次得到了由bola型化合物聚集而成的MLM膜,該膜不同于經(jīng)典的由兩個定向磷脂單分子層以疏水基相結(jié)合而形成的雙層BLM膜。自此拉開了人工合成和研究bola型表面活性劑及其應(yīng)用的序幕。從現(xiàn)有的研究情況看,bola型表面活性劑的疏水鏈既可以是飽和碳?xì)浠蛱挤鶊F,也可以是不飽和的、帶支鏈的或帶有芳香環(huán)的基團。根據(jù)bola型表面活性劑兩端親水性極性基團所帶電荷的不同,可分為離子型(陽離子或陰離子)和非離子型;根據(jù)疏水鏈兩端是否連接相同的親水性極性基團,bola型表面活性劑又可分為對稱型和不對稱型;根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的不同,bola型表面活性劑又可以分為單鏈型、半環(huán)型和環(huán)型,如圖2所示。bola型表面活性劑有以下幾種合成路線。1.1陽離子型的合成該方法通常用于合成離子型bola表面活性劑。清華大學(xué)的張希等以聯(lián)苯二酚和11-溴代十一酸為原料合成了陽離子型bola表面活性劑BP-10,如圖3所示。首先在11-溴代十一酸中滴加過量的SOCl2,得到11-溴代十一酰氯,用THF溶解,再加入聯(lián)苯二酚和三乙胺的THF混合溶液,過濾鹽和THF等雜質(zhì)得到11,11′-二溴代十一酸(4,4′-聯(lián)苯基)酯固體。最后將固體溶解于吡啶中,通入氮氣保護,高溫回流24h,冷卻后蒸出吡啶,用乙醇-乙醚重結(jié)晶,得到離子型bola表面活性劑BP-10。該小組[15—18]又圍繞這一合成路線進(jìn)行了關(guān)于超分子自組裝和聚合物薄膜的進(jìn)一步探索,合成了一系列含聯(lián)苯或偶氮苯介晶基團的陽離子bola型表面活性劑,見圖4。Okahata等則合成了陽離子bola型表面活性劑1a—1d,并發(fā)現(xiàn)它們在水中分散形成層狀聚集體(即MLM膜)。半環(huán)狀,環(huán)狀的bola型化合物可以提高BLM膜的穩(wěn)定性[19—21]。Menger等的研究結(jié)果也表明環(huán)狀bola分子參與形成的聚集體穩(wěn)定性較高。1986年,Fuhrhop等以1,12-十二烷基二醇為原料,分子間環(huán)化生成化合物2,經(jīng)Michael加成開環(huán),并引入親水性的硫類親核試劑,如亞硫酸氫鈉、硫代乙酸等而得到半環(huán)狀陰離子型bola表面活性劑3a—3c。若化合物2不經(jīng)Michael加成開環(huán),而直接引入上述親核試劑,則直接得到環(huán)狀陰離子型bola表面活性劑4a—4h。Sano等將富勒烯引入分子主體設(shè)計合成了一種陽離子bola型表面活性劑8。其合成原理如圖6所示,是采用可提供親水極性頭基的11-溴代十一酸與富勒烯6反應(yīng),合成了兩端含有銨離子的bola型富勒烯C60。利用TEM(透射電子顯微鏡)和光散射技術(shù),對其在水中的自組裝特性,分別從納米尺度到微米尺度觀察分析后得出:該具有介晶尺度的結(jié)構(gòu)是自相似的,且分形維數(shù)D=1.4。Brandyopadyhah等合成了基于穴狀配體的bola型化合物,如圖7所示。大的穴狀配體可以誘導(dǎo)過渡金屬離子進(jìn)入,形成新的兩親分子。由于有機氟能賦予表面活性劑特殊的性能,故也被用于bola型表面活性劑的合成。1992年,惠永正等采用ω-碘代碳氟磺酸氯與10-十一烯酸為原料,合成出一種碳?xì)?、碳氟鏈段長度相近的單鏈bola型單層囊泡9。其合成路線如圖8所示。1995年,Riess等報道氟代烷基膽堿酸衍生物亦可形成穩(wěn)定的單鏈型bola囊泡10。基于聚氨酯優(yōu)良的生物相容性和分子結(jié)構(gòu)可調(diào)控性,本課題組近期合成了一種新型bola型非離子水性聚氨酯表面活性劑,分子結(jié)構(gòu)如圖9所示,其合成工藝較簡便,且具有較低的表面張力,其他性質(zhì)還在繼續(xù)深入研究中。1.2半環(huán)型bola表面活性劑的合成該合成路線多用于非離子bola型表面活性劑的合成。由于反應(yīng)物通常具有多種異構(gòu)體,故不僅可以合成極性頭基相同的對稱bola型表面活性劑,還能夠合成極性頭基不同的不對稱bola型表面活性劑。Pierre等利用具有順反異構(gòu)的乙酰化αβ-(ω-十一碳烯基-D-吡喃半乳糖苷)11a,11b,在Grubbs催化劑Ⅰ存在下發(fā)生烯烴易位反應(yīng)生成異構(gòu)比例不同的α-半乳糖12a和β-半乳糖12b,催化加氫后生成單鏈結(jié)構(gòu)的不對稱bola型化合物13a,13b,如圖10所示。為進(jìn)一步合成半環(huán)型bola表面活性劑,并保護羥基不被氧化,Pierre等首先有選擇性地將14a,14b中第2,3和6位碳原子苯甲?；?得到不同結(jié)構(gòu)的半乳糖苷15a,15b(15a占66%,15b占35%),之后同圖10中第一步驟一樣,二聚得到16a,16b(產(chǎn)量分別為80%和77%),經(jīng)催化加氫消去雙鍵生成17a,17b,并繼續(xù)與異氰酸酯19(圖12為其合成過程)偶合反應(yīng)得到二氨基甲酸脂類化合物20a,20b,最后脫去C2,C3,C6上的苯環(huán),即得到在O4和O4′位置上接有氨基甲酸鹽的半環(huán)型bola表面活性劑21a,21b(收率分別為31%和44%)。然后,使用Grubbs催化劑Ⅱ,令半環(huán)型bola表面活性劑21b二聚,進(jìn)而合成環(huán)型bola表面活性劑22(圖13)?？紤]環(huán)境友好和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展,近來用各類糖脂等生物分子通過二聚反應(yīng)合成非離子型bola表面活性劑也越來越引起人們的興趣。它們不僅物理性質(zhì)優(yōu)良,而且有生物兼容性,可生物降解,符合綠色化學(xué)發(fā)展的要求。如以糖苷、肽等為基礎(chǔ)合成的非離子型bola表面活性劑23,24。目前,研究人員正期望采用類似方法,以麥芽糖、乳糖等二糖為原料,進(jìn)一步拓寬bola型表面活性劑的合成。1.3利用化合物表面活性劑Clickchemistry,又稱“鏈接”化學(xué)或“點擊”化學(xué),是由Sharpless等最先提出的,其核心是開辟一整套以含雜原子鏈接單元C—X—C為基礎(chǔ)的組合化學(xué)新方法,用少量簡單可靠和高選擇性的化學(xué)途徑來獲得更廣泛的分子多樣性。其特點是反應(yīng)條件簡單,起始原料和反應(yīng)物容易獲得,不需溶劑或用易除去的溶劑,產(chǎn)物分離簡單,生成物在生理條件下穩(wěn)定。目前,該法不僅已成功地應(yīng)用于藥物先導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)和生物體(如DNA,蛋白質(zhì)等)的標(biāo)記,而且在功能材料的制備和物質(zhì)表面功能化方面也有很廣泛的應(yīng)用。2006年,Edward等采用Cu(Ⅰ)催化的疊氮化合物和炔的Huisgen-1,3偶極環(huán)加成法,簡單地將兩個sn-2?；溕蠋в薪K端炔基或疊氮組分的卵磷酯先導(dǎo)物分別與雙疊氮化合物兩端鏈接,從而合成bola型表面活性劑。該反應(yīng)過程如圖14所示:以微量的甘油二棕櫚酸卵磷酸酯(DPPC)為原料,與一種蜂毒——磷酯酶A2反應(yīng),使其sn-2酶鏈斷裂而得到1-?；?2羥基-sn-甘油-3-卵磷酯(25)。加入10-十一碳炔酸和DCC,并將其超聲降解5h,生成卵磷酯衍生物26,產(chǎn)率可達(dá)97%。為了合成bola型兩親化合物,將兩當(dāng)量的尾端帶有炔基的物質(zhì)26與一當(dāng)量的一系列雙疊氮化合物在室溫下混合,以硫酸銅抗壞血酸溶液作催化劑,反應(yīng)30h后,生成的bola型兩親化合物27—29經(jīng)過簡單的提純,產(chǎn)率達(dá)到95%(見圖15)。尋找新的化合物始終是合成化學(xué)的重要任務(wù)之一?？梢钥闯?隨著科技的不斷進(jìn)步和研究者研究目標(biāo)的升高,人們對bola型表面活性劑的合成研究從簡單趨于復(fù)雜,這為進(jìn)一步研究其性質(zhì)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),也為其在各技術(shù)學(xué)科及交叉領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更廣闊的前景。2在化學(xué)方面的應(yīng)用及發(fā)展具有雙親結(jié)構(gòu)的bola型表面活性劑在氣液界面和水中有許多獨特的性能,例如:高溫穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,可以一定方式捕獲或釋放離子及中性分子,改善細(xì)胞功能等,從而在納米材料、藥物緩釋、生物礦化、光化學(xué)修飾、基因轉(zhuǎn)染和凝膠化試劑等方面具有廣闊的應(yīng)用前景,并為人們研究分子自組裝及開發(fā)功能材料提供了新的材料來源。2.1納米纖維的生產(chǎn)采用不同結(jié)構(gòu)和功能的bola雙親化合物,以得到形態(tài)、功能各異的MLM膜和囊泡,進(jìn)而在氣液界面上自組裝成有序的納米結(jié)構(gòu),如納米管和納米纖維等,一直是bola型表面活性劑研究的主要方向之一。Matsui等以含羧基的bola型表面活性劑雙(N-α-氨基-雙甘氨肽)-1,7-庚烷乙二酸自組裝形成的納米管為模板,在其外層涂敷金屬Ni和Cu。拉曼光譜分析表明,由于bola納米管中的氨基能夠捕獲金屬離子,形成穩(wěn)定的金屬-氨基絡(luò)合物,使金屬涂層緊密包裹在bola型納米管的外層,從而形成如圖16所示的納米級電導(dǎo)線。該方法也可進(jìn)一步用于構(gòu)建能承載電流的納米電路。2004年,日本的Kogiso等發(fā)現(xiàn)水相中,具有二肽結(jié)構(gòu)的含羧基bola型表面活性劑雙(N-α-氨基-L-纈氨酰-L-纈氨酸)1,n烷-乙二酸(n=6,8,10,12)(結(jié)構(gòu)式見圖17)可通過其端基羧酸鹽的質(zhì)子,誘發(fā)自組裝形成納米纖維。研究表明,該納米纖維可以很好地與二價過渡金屬如Co2+,Ni2+,Cu2+和Zn2+等絡(luò)合,分別在23℃或70℃自組裝先后生成沉淀物、膠體分散體系至最終形成水凝膠。經(jīng)TEM,SEM(掃描電子顯微鏡)分析表明,后兩者是由無數(shù)根寬在15—20nm,長約幾個微米的納米纖維組成。圖18為Cu2+在模板上絡(luò)合形成納米纖維的過程。Ambrosi等首次合成了一種以vitaminC單元作為極性基團的bola型表面活性劑———bola12。在室溫下,當(dāng)bola12水的比例高于0.5%ww時,可形成穩(wěn)定的自組裝納米管,cryo-TEM(低溫透射電子顯微鏡)、XRD(X射線衍射)和SAXS(小角X射線散射)等儀器分析結(jié)果表明,該納米管是由多層bola12分子組成,外層直徑為25nm,如圖19所示。VitaminC是一種極為有效的抗氧化劑,可以抑制脂類的過氧化還原反應(yīng),從而對影響人體健康的慢性病,如衰老、癌癥、心血管疾病等的防治工作有重要的作用。但是天然vitaminC通常難溶于疏水介質(zhì)(如脂類),從而影響了其降低脂類過氧化還原反應(yīng)的能力。研究表明,bola12不僅可較好地溶于疏水介質(zhì),且降低油脂過氧化還原活性率可達(dá)94%,而天然vitaminC及其常見的酯類降低油脂過氧化還原活性率一般在90%左右。2006年,Liu等以L-谷氨酸為親水頭基合成了手性的bola型表面活性劑N,N′-二十烷二羰基二L-谷氨酸(EDGA),并通過LB膜技術(shù)在氣液界面上得到了二維結(jié)構(gòu)的螺旋狀納米管(如圖20所示)。2.2bola型表面活性劑用于透皮給藥的應(yīng)用很多用于治療的藥物通常具有毒性,溶解性能較差,其應(yīng)用受到了很大的限制。減少藥物的毒性,提高藥物的生物利用度是醫(yī)藥學(xué)面臨的一個具有挑戰(zhàn)性的問題。近年來,藥物載體和緩釋體系由于其在人體血液循環(huán)中可避免被吞噬細(xì)胞吞噬,以及能實現(xiàn)高效專一的靶向給藥而備受關(guān)注。藥物緩釋體系要求作為微粒和分散體系的脂質(zhì)體能保持長期穩(wěn)定,且脂質(zhì)體的大小在控制生物活性方面也是一個重要參數(shù)。采用單一的磷脂分子體系作為藥物載體,所形成的囊泡穩(wěn)定性較差,而bola型表面活性劑在氣液界面形成的膠束具有較大的增容空間,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,故當(dāng)加入bola型表面活性劑有利于形成更為穩(wěn)定的囊泡。Muzzalupo等在這一領(lǐng)域做了大量相關(guān)的研究,2005年,他們合成了(4,7,10,13-五氧-16-氮雜-環(huán)十八烷)-十六烷酰二胺(BD16)和(4,7,10,13-五氧-16-氮雜-環(huán)十八烷)-十六烷(BC16)兩種以雜氮冠醚為極性頭基的對稱bola型表面活性劑。研究表明,當(dāng)BD-16BC-16∶膽固醇為2∶1(molarratio)時所形成的囊泡體系穩(wěn)定性最好。而TEM結(jié)果顯示(圖22),在模擬人體正常生理環(huán)境,即在0.9%NaCl水溶液中,由bola型兩親化合物所形成的脂質(zhì)體能與Na+產(chǎn)生金屬絡(luò)合作用而呈現(xiàn)規(guī)則球形囊泡,即使在水合作用下也不會改變其形狀和包封率。2007年,該小組報道了α,ω-hexadecyl-bis-(1-aza-18-crown-6)(bola型表面活性劑)-Span80(低分子表面活性劑)-膽固醇以2∶3∶1摩爾比混合的一種新型非離子脂質(zhì)體,用于甘草銨酸(一種抗過敏劑)的透皮給藥試驗。經(jīng)CLSM(激光共聚焦顯微鏡)顯示,該非離子脂質(zhì)體與人體角化細(xì)胞NCTC2544結(jié)合后,其平均尺寸為400nm,包封率達(dá)40%,不僅可提高甘草銨酸在細(xì)胞內(nèi)的輸送量,而且還能顯著加快其透過皮膚滲入病源的時間,安全高效。2.3生物礦化材料生物礦化是指在生物體內(nèi)形成礦物質(zhì)(生物礦化材料)的過程。與普通天然及合成材料相比,生物礦化材料具有特殊的高級結(jié)構(gòu)和組裝方式,有很多近乎完美的性質(zhì),如極高的強度,非常好的斷裂韌性和耐磨性等。盡管到目前為止,這種高度有序的復(fù)合材料的形成機理及其生物控制過程還是一個謎,但是生物礦化的原理為制造性能優(yōu)異的復(fù)合材料提供了新的思路和途徑。如何利用生物礦化原理,將有機大分子(如蛋白質(zhì)、脂類,或多糖等)和無機物質(zhì)的合成和構(gòu)筑結(jié)合起來,較精確地得到具有特殊功能的有機-無機復(fù)合生物礦化材料一直是近期功能材料研究的熱點課題之一。Bola型表面活性劑具有優(yōu)異的超分子自組裝特性,在其聚集體表面進(jìn)行無機前體的水解和交聯(lián)過程中,形成穩(wěn)定的層狀連續(xù)膜,控制無機物在高分子膜表面的誘導(dǎo)結(jié)晶,進(jìn)而合成無機物復(fù)合材料,獲得生物礦化材料。Huo等使用疏水鏈中含有剛性單元的bola型兩親化合物為模板,室溫下制得了中心為四邊形格子的具有二維孔結(jié)構(gòu)的SiO2中間相(SBA-B),經(jīng)煅燒去除模板,得到高表面積的中孔材料,其單元結(jié)構(gòu)參數(shù)可以通過加入gemini表面活性劑或改變反應(yīng)溫度來調(diào)節(jié)。2005年,Classuen等采用以縮氨酸為極性親水頭基的兩種不同bola型表面活性劑30,31作模板劑,合成了具有一維納米結(jié)構(gòu)的硫化鎘(CdS),其中由31為模板劑合成的CdS納米結(jié)構(gòu)可在水凝膠及懸浮液中形成納米纖維。該納米纖維的TEM顯示(圖24),每根CdS納米纖維直徑約25nm,長達(dá)1μm,中心圓形區(qū)域直徑約6nm,其相對截面其他部分略微凹陷且平行于長軸。電子衍射圖顯示(圖24右上角小圖),該CdS納米結(jié)構(gòu)帶有閃鋅礦的液晶多形體,后者因具有液晶和超分子合成性質(zhì)而成為較受歡迎的物質(zhì)。經(jīng)1HNMR分析得出,納米纖維中心區(qū)域較易奪取Cd2+,且由于兩種不同bola化合物的親水基不同,bola化合物31更易奪取Cd2+,從而表明有機分子和離子之間的相互作用是控制模板礦化的關(guān)鍵因素。2.4光控繼電器ro的應(yīng)用合成具有可控結(jié)構(gòu),高穩(wěn)定性和易加工的分子薄膜,用作可逆光信息存儲器一直是微光電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。趙東元等[47—51]使用bola型表面活性劑作為結(jié)構(gòu)定向劑合成了三維介孔氧化硅材料,實驗證明了介孔氧化硅纖維可以用作一種新型的激光材料。由于偶氮苯可發(fā)生光致異構(gòu)化反應(yīng),德國的Tieke等用含偶氮苯的陰陽離子型bola表面活性劑和陽離子聚皂(一種高分子表面活性劑)作為光活性物質(zhì),通過靜電層析技術(shù)自組裝為多層薄膜。他們交替利用紫外光(波長<370nm)和可見光(波長<450nm)照射該薄膜,使之在反式異構(gòu)和順式異構(gòu)富集狀態(tài)之間保持光穩(wěn)態(tài),從而將其所攜帶的信息記錄下來,如圖25所示。該研究表明,可通過在陰離子(或陽離子)型bola化合物中引入光敏性的疏水鏈來設(shè)計不同的光控繼電元器件。閻云等制備了一種含肉桂酸基團的bola型兩親分子4-(10-羥基癸氧基)-10-羥基癸氧基肉桂酸酯(HDC)。他們用TEM第一次觀察到該分子在有機溶劑中經(jīng)紫外光照發(fā)生光致二聚(圖26)。分離出來的二聚HDC在20%的乙醇、水混合溶劑中能形成球形的囊泡。同時發(fā)現(xiàn)溶劑的介電常數(shù)大小與光致二聚過程密切相關(guān),介電常數(shù)的大小不僅關(guān)系到反應(yīng)發(fā)生與否,而且直接影響到反應(yīng)的速率。2.5通過對離子的選擇性來提高抗離子能力離子通道對于生物細(xì)胞膜的功能及神經(jīng)元的傳導(dǎo)具有重要意義,其對離子的選擇性傳輸可以實現(xiàn)信號的控制。若能在非生物領(lǐng)域人工模擬生物離子通道,將有力地促進(jìn)信息傳輸?shù)陌l(fā)展。Fuhrhop等曾指出一些bola型兩親化合物能夠在單分子囊泡膜上形成小孔,從而使離子通過。Regen等也報道了bola型兩親化合物也可以在雙分子囊泡膜上形成小孔。以上研究所獲得的結(jié)論都與bola型兩親化合物所形成的聚集體結(jié)構(gòu)有關(guān)。Fyles等合成了如圖27所示的具有雙環(huán)結(jié)構(gòu)的一系列新型bola型表面活性劑。該化合物可形成平面雙分子膜,雙分子層所夾的單孔通道均為離子通道。該系列化合物性能相似,親水極性頭基決定了孔對離子的選擇性依次為Cs+>K+>Na+>Cl-。2003年,該小組報道了將雙環(huán)結(jié)構(gòu)bola型表面活性劑35剪開成為兩個更容易合成的非環(huán)狀簡單結(jié)構(gòu)系列化合物36,雖然減少了陽離子選擇性,但選擇性適當(dāng)?shù)臏p小與合成效率的大幅度提高相比,更加具有實際意義。以上對能形成離子通道的bola型表面活性劑的研究,為人工模擬生物離子通道提供了新途徑。2.6不對稱陽離子型表面活性劑基因轉(zhuǎn)染是指將具有生物功能的核酸(包括DNA、反義寡核苷酸及RNAi)轉(zhuǎn)移或運送到細(xì)胞內(nèi),并使核酸在細(xì)胞內(nèi)維持其生物功能。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于基因組功能研究(基因表達(dá)調(diào)控、基因功能、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和藥物篩選研究)和基因治療研究?；蜣D(zhuǎn)染需要一定的轉(zhuǎn)染試劑將帶有目的基因的載體運送到細(xì)胞內(nèi)。目前,已研究使用一些陽離子脂質(zhì)體與DNA絡(luò)