反膠束

表面活性劑溶於非極性的有機溶劑中，當其濃度超過臨界膠束濃度（CMC）時，在有機溶劑內形成的膠束叫反膠束 （reversed micelle），或稱反相膠束。 在反膠束中，表面活性劑的非極性基團在外與非極性的有機溶劑接觸，而極性基團則排列在內形成一個極性核（polar core）。此極性核具有溶解極性物質的能力，極性核溶解水後，就形成了“水池”（water pool）。反膠束是一種自發形成的納米尺度的聚集體，是一種透明的、熱力學穩定的W/O體系。

反膠束萃取技術具備萃取速度快、成本較低、條件要求不高以及不會引起活性物質失去活性等優越性，越來越受到重視，已經廣泛套用於蛋白質、酶等生物活性大分子的分離提純，顯示出了較好的套用前景。

基本介紹

• 中文名：反膠束
• 外文名：reversed micelle
• 又稱：反相膠束
• 解釋：濃度超過臨界膠束濃度
• 主要套用：反膠束萃取體系，反膠束酶體系

介紹

當表面活性劑在水中的濃度超過了臨界膠束濃度（CMC）時，會形成一種非極性核心的微膠團結構，即親水基團朝向水相，而多個表面活性劑分子（或離子）的疏水基團相互締合，稱為正常膠束（O/W型膠團）；如果表面活性劑濃度超過臨界膠束濃度（CMC）且溶於非極性有機溶劑時，此時極性和非極性基團會定向排列形成與上述相反的聚集體，即反膠束（W/O型膠團）；

反膠束(reversedmicelles)是分散於連續有機相中的表面活性劑會自發形成具有納米尺度的團聚體（聚集體0。在這種團聚體即反膠束中的表面活性劑上的疏水基和親水基則分別向外和具有非極性的有機相發生接觸，朝內聚集形成一個極性核（polarcore）。極性核可以容納（或增溶）少量水，稱為“水池”（waterpool）。通常，正辛烷、異辛烷、正辛醇等有機溶劑用以形成反膠束體系的有機相；而表面活性劑則根據其極性基團性質的不同可分為三種類型，即陽離子型、陰離子型以及非離子型。在以上三種類型中非離子型表面活性劑與其他兩種相比屬於不太常見的類型。常見的陽離子型表面活性劑為CTAB、TOMAC、AOT等。反膠束的形成與表面活性劑及其溶劑的種類、濃度及操作溫度等因素有關，一般為非離子表面活性劑大於陽離子表面活性劑，而陽離子表面活性劑則大於陰離子表面活性劑。

性質

反膠束體系的性質常用參數、Ф與N來表示，其中表示形成反膠束微粒水的摩爾濃度與表面活性劑的摩爾濃度之間的比值，其在一定程度上反映了反膠束的大小，是一個能夠表征反膠束體系增溶能力的重要指標。一般隨著的增加，反膠束的半徑也隨之增大，從而增大了萃取率。Ф（mol/L）是增溶水相對於有機相總體積的濃度。N是反膠束的聚集數。

製備方法

注入法：將含蛋白質的水溶液直接注入到含表面活性劑的非極性有機溶劑中，然後進行攪拌直M形成透明溶液為止，過程較快、可控制平均直徑和含水量。

相轉移法：將含蛋白質的水相和含表面活性劑的夼機相接觸，在緩慢攪拌下，一部分蛋H 質轉移至有機相中。 過程較慢，處於穩定的熱力學平衡狀態和獲得較高的蛋白質濃度。

溶解法：對非水溶性的蛋白質可用此法。將含有反膠束的有機溶液與蛋白質固體粉末一起攪拌時，蛋白質進入反膠朿中，需較長的時間。

影響因素

一般認為，蛋白質在反膠束中的溶解作用，與蛋白質的表面電荷同反膠束的內表面電荷間的靜電作用以及反膠朿的大小有關.所以，任何可以增強這種靜電作用或導致形成較大反膠束的因素，均有助於蛋白質在反膠朿中的溶解。實驗表明 ，影響反膠朿形成的因素有表面活性劑的種類和濃度，體系中水分的含量，水相的酸鹼度，水相的離子強度以及蛋白質。

重要的套用

產生背景

傳統萃取方法（如溶劑萃取）難套用於蛋白質的分離，原因：1. 大多數蛋白質都不溶於有機溶劑，與有機溶劑接觸，也會引起蛋白質的變性；2. 萃取劑問題，蛋白質分子表面帶有許多電荷，普通的離子締合型萃取劑很難起作用。

種類

單一反膠束萃取體系：

陰離子型：AOT（丁二酸-2-乙基己基酯磺酸鈉）/ 異辛烷

陽離子型：十六烷基三甲基溴化銨，二辛基二甲基氯化銨

非離子型

混合反膠束體系：兩種或兩種以上的表面活性劑組成，萃取效率更高

原理影響因素

1 原理

反膠束萃取蛋白質的原理利用反膠束進行蛋白質萃取的過程是一個協同過程，通常包括萃取和反萃取過程。反膠束溶液是透明的，屬於熱力學穩定體系，它包括含有極少量表面活性劑和有機溶劑的水相和有機溶劑連續相。萃取時，待萃取的蛋白質溶液以水相形式與反膠束微粒接觸，使蛋白質分子先以最大限度轉入反膠束微粒（萃取），而後含有蛋白質的反膠束微粒與另外一個水相接觸，又可使蛋白質從有機相中返回到水相中，即通過調節pH、離子種類或者強度等實現了蛋白質的反萃取。在此過程中，蛋白質等生物大分子主要以水殼的形式存在於反膠束中具有生理活性的極性核內，避免了與有機溶劑直接接觸，最大程度地保持萃取過程中生物大分子的活性。

2 影響反膠束萃取蛋白質的因素

影響反膠束萃取蛋白質的因素包括蛋白質的表面電荷與反膠束內的表面電荷兩者之間發生的靜電作用、有機相形成的反膠束微粒大小以及蛋白質的疏水性等因素，這些都會影響到蛋白質在反膠束體系的溶解作用。

活性劑的種類和濃度都會對反膠束的形成以及所形成的反膠束微粒的大小產生影響。發生這種影響的主要原因或許是反膠束在萃取蛋白質時，蛋白質的分子尺寸和分子量均比較較大，這樣就需要較大的含水極性核即水池來增溶蛋白質，但水池的大小是由反膠束微粒水的摩爾濃度與表面活性劑的摩爾濃度之間的比值決定的。因此，有機相所形成反膠束的直徑越大，那么蛋白質進入膠束核心的阻力愈小，其容納蛋白質的能力愈強，則更加有利於反膠束對蛋白質進行萃取。

水相的酸鹼度即pH值對反膠束萃取蛋白質效果的影響主要表現在其能夠改變蛋白質的表面電荷和解離狀態上。pH可能改變蛋白質分子進入反膠束微粒的傳質動力。當pH在蛋白質的等電點附近時，蛋白質在水中的溶解度很小，可能會影響其在反膠束體系的萃取率。不同的蛋白質有其對應的等電點，在萃取時需控制相應的pH。離子種類的影響主要體現在其可改變反膠束內表面的電荷密度上，反膠束內表面電荷密度愈大，有機相形成的反膠束微粒直徑愈大，有利於蛋白質的萃取。離子強度的影響主要有兩個方面:一是離子強度增大時，靜電禁止作用增強，蛋白質與表面活性劑之間存在的靜電吸引力會降低，從而導致蛋白質萃取率的降低;二是在反膠束記憶體在的雙電層變薄以後，表面活性劑上極性基團之間存在的靜電排斥力也會降低，此時有機相形成的反膠束微粒直徑減小，蛋白質難以進入其中。另外，離子濃度對蛋白質在水中的溶解度亦有影響，在合適的鹽濃度下，鹽離子對蛋白質有增溶作用。

蛋白質相對分子量的大小對其萃取率的影響主要體現在:蛋白質分子量愈大，其傳質推動力愈大，萃取過程愈難進行;且當反膠束的尺寸很小時，不能容納大分子量的蛋白質。

研究新進展

反膠束酶體系

對於反膠束酶系統的硏究,主要集中於反膠束中酶的定位和結構，酶催化的動力學特徵，酶的催化活性及穩定性等方面。利用紫外光譜核磁共振螢光等技術對反膠束中的酶進行硏究，表明酶的二級結構稍有擾動，而這種擾動與反膠束中的含水量有關。有些酶如Rhizopusarrhizus脂肪酶在溶解過程中二級結構變化較大。關於反膠束系統中酶的動力特徵，認為符合Michales方程 ，但酶與反膠束的組成酶與表面活性劑的相互作用底物的分配與交換密切相關，是多變的複雜函式。目前，反膠束中酶催化反應的動力學模型 ，可歸結為擴散模型和非擴散模型。反膠束中酶的催化活性，主要由反膠束中的含水量決定，在一定的含水量下 ，酶表現出遠高於其在水中的活性，即所謂‘超活性” ，這對於反膠束酶系統在生化反應中的套用具有較重大的意義。另外，對於反膠束的一些物理化學特性如靜電作用能反膠束的微結構反膠束中水的波譜特性等方面的硏究，近年來也在不斷深入。