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七葉皂素分子在氣-液、液-液（油-水）、固-液界面上的界面行為研究（一）
來源：高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào) 瀏覽 174 次 發(fā)布時(shí)間:2025-05-28
生物基表面活性劑因其來源廣泛、可再生、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已成為替代石油基表面活性劑的最優(yōu)選擇，受到越來越多研究者的關(guān)注。這些源于自然的綠色表面活性劑的結(jié)構(gòu)多樣性決定了其功能多樣性，獨(dú)特的兩親性結(jié)構(gòu)使其表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)小分子表面活性劑的表面/界面性質(zhì)及自組裝行為，具有良好的分散、乳化、增稠、絮凝以及獨(dú)特的生理等性能，在石油工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、日化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域有較大的應(yīng)用價(jià)值。
皂苷是一類主要存在于植物體內(nèi)的非離子生物基表面活性劑，由疏水性苷元和親水性糖鏈兩部分組成，具有兩親性。在界面（油-水界面和氣-水界面）上，皂苷疏水部分以并排方式連接與空氣（或油相）接觸，親水的糖鏈之間并排連接與水相接觸，所形成的獨(dú)特吸附層與界面膜使其常用作泡沫穩(wěn)定劑或乳化劑，表現(xiàn)出與傳統(tǒng)小分子表面活性劑完全不同的效果.Tcholakova等發(fā)現(xiàn)茶皂苷在氣-水界面吸附時(shí)，分子垂直于界面取向排列，通過糖基間的強(qiáng)氫鍵作用形成密集吸附層，具有復(fù)雜的黏彈性行為和極高的彈性模量.Yang利用茶皂苷可以在油-水界面誘導(dǎo)下發(fā)生纖維化自組裝形成界面網(wǎng)絡(luò)膜的特性，構(gòu)建了乳液、油粉和油膠體系。
最近，本課題組以三萜皂苷甘草酸為乳化劑構(gòu)建了高農(nóng)用油含量的乳液凝膠，并利用其組裝形成的納米纖維抑制了液滴在疏水表面的彈跳，拓展了皂苷表面活性劑在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用.七葉皂素（Escin，Scheme 1），又稱七葉皂苷，是一種典型的三萜皂苷，結(jié)構(gòu)不同于茶皂苷與甘草酸.目前關(guān)于七葉皂素的研究僅局限于生物活性的探究及在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，而系統(tǒng)探索其界面性質(zhì)和開發(fā)其作為生物基表面活性劑應(yīng)用潛力的研究卻鮮有報(bào)道.因此，研究七葉皂素在氣-液、液-液、固-液界面的組裝行為有利于拓展其在醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用.
本文以天然三萜皂苷七葉皂素為研究對(duì)象，通過吊片法、懸滴法、高速攝像機(jī)動(dòng)態(tài)拍攝法，分別研究了七葉皂素分子在氣-液、液-液（油-水）、固-液界面上的界面行為（Scheme 1）.考察了以七葉皂素為乳化劑制備乳液的穩(wěn)定性，以及七葉皂素對(duì)液滴在疏水固體表面潤濕鋪展行為的調(diào)控規(guī)律，從分子層次角度分析了作用機(jī)理.本研究對(duì)于深入理解生物基表面活性劑的界面行為及拓展其應(yīng)用具有重要的借鑒意義.
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1試劑與儀器
七葉皂素（純度95%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；溶劑油150#（鵬辰新材料科技股份有限公司）；聚四氟乙烯（PTFE）疏水膜（海寧科諾過濾設(shè)備有限公司）；超純水（Milli-Q超純水系統(tǒng)，德國默克密理博公司）.
Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀（芬蘭Kibron公司）；OCA 20型視頻光學(xué)接觸角測(cè)量儀（德國德菲公司）；HITACHI HT7700型透射電子顯微鏡（TEM，日本日立高新技術(shù)公司）；SM-1000C型超聲波材料分散器（南京舜瑪儀器設(shè)備有限公司）；MS20型乳液穩(wěn)定性分析儀（德國德菲公司）；Leica-DM1000型光學(xué)顯微鏡（德國徠卡公司）；Nano ZS90型激光粒度儀（英國馬爾文儀器有限公司）；i-SPEED 220型高速攝像機(jī)（英國ix cameras公司）；DY2T型黏度儀（美國博勒飛公司）.
1.2實(shí)驗(yàn)過程
1.2.1七葉皂素溶液的配制
將0.1131 g七葉皂素溶解于100 mL超純水中，超聲5 min后在80℃水浴中加熱1 h，冷卻至室溫得到1×10-3mol/L七葉皂素母液.取一定量的母液用超純水稀釋，得到一系列所需濃度（5×10-4，1×10-4，5×10-5，1×10-5，5×10-6，1×10-6，5×10-7和1×10-7mol/L）的七葉皂素溶液，用于測(cè)試.
1.2.2溶液表面張力的測(cè)定
使用表界面張力儀，利用吊片法在25℃恒溫水浴下測(cè)定七葉皂素溶液的靜態(tài)表面張力.鉑片的長度、寬度和厚度分別為10.0，19.9和0.2 mm.分別測(cè)定超純水以及不同濃度七葉皂素溶液（可溶解濃度范圍內(nèi)）的靜態(tài)表面張力值，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)3次.