尖端材料與膜模擬化學：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自動和動態(tài)形成的聚集體，其中含有50～100個表面活性劑分子。該濃度被稱之為臨界膠束濃度（CMC）（如圖）。水性膠束的水力學半徑具有20～50?的量綱。水性膠束的形成是一個協(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，它們在兩個已知過程中迅速地破壞和重新形成。第一個過程是從一個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表面活性劑分子又結(jié)合進去的過程，是一個微秒級；第二個過程是一個膠束解體和重組的過程，是一個毫秒級過程。

增加表面活性劑在水中濃度直到超過CMC以后，會產(chǎn)生桿狀膠束并進一步產(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金屬絡合物（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反膠束每個分子的表面活性劑能組合60個水分子）。

表面活性劑形成的水/油微乳液和反膠束的簡化圖

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，在一個相對小的水/表面活性劑比例時(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上的。被增溶的底物在受限制的反膠束水池中將會具有不同的解離常數(shù)、反應能力和反應產(chǎn)物。

人們曾成功地將蛋白質(zhì)和酶放入在有機介質(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行肽合成。由于在ω值小時，水池的冰點低于-50℃，這就可以在低溫下研究酶結(jié)構(gòu)以及酶催化反應。這些研究對低溫酶學（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，在水池中會產(chǎn)生有機凝膠。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)生催化磁性和半導體的粒子。

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