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如何用界面张力仪测定磷脂溶液的表面张力等温线【Wilhelmy吊片法原理篇】

来源:大学化学 浏览 104 次 发布时间:2024-05-27

随着药剂学新技术的发展,新型药物递送系统如脂质体(Liposomes)、脂质乳(Lipid emulsions,LE)、胶束(Micelles)以及脂质纳米粒(Lipid nanoparticles,LNPs)等,在解决药物溶解度、保护药物稳定性、实现靶向递送以及提高药物治疗指数等方面具有显著的优势。在这些药物递送系统中,磷脂作为重要的组成部分起到了关键作用。其不仅可通过自组装形成稳定的类细胞膜结构囊泡用以装载药物,还可作为表面活性剂降低纳米粒与水之间的界面张力,从而起到稳定纳米粒的作用。


磷脂作为双亲性分子,是一种有代表性的表面活性剂。磷酸甘油酯(phosphoglycerides,PG)是磷脂的主要存在形式,其分子包含一个亲水极性头部和两个疏水尾部,甘油骨架上1和2位羟基被脂肪酸酯化,3位羟基被连有其他基团的磷酸基酯化(如图1所示)。磷脂的表面活性与疏水脂肪酸的种类和亲水端磷脂酸的极性有关,通常以芘探针法测定临界胶束浓度表征其表面活性。随着界面张力仪的应用开发,采用Wilhelmy吊片法测定磷脂溶液的表面张力等温线能够获得更多的分子性质信息,如表面超量、临界胶束浓度以及分子横截面积等,这对于选择磷脂种类、设计新型磷脂分子构建新型药物递送系统具有一定的指导意义。

本文采用界面张力仪研究磷脂溶液的表面性质,不仅能为磷脂的选择应用提供参考信息,还对于其他表面活性剂的评价具有一定的借鉴价值。


表面张力测量原理


Wilhelmy吊片法测定液气界面张力是基于垂直悬浮在界面中的铂片上的拉力、表面张力、重力和浮力之间的平衡作用(如图2所示):

图2 Wilhelmy吊片法测量原理示意图


式中L为铂片与液面接触的周长,约为铂片宽度的2倍;θ为接触角,因铂片经过特殊处理,接触角θ→0,故cosθ≈1;d为铂片浸入液面的深度,实验过程中先将铂片浸没于溶液中,然后提升至浸没深度d=0时保持静止,进行测量。


因此,测量拉力F与表面张力σ的关系式为:


测量过程中,首先将铂金片安装在界面张力仪上,归零,即F=mg,此时,σ=0;当铂金片浸入样品溶液后,界面张力仪测得F,经过仪器内算法的换算,溶液的表面张力可在界面张力仪中直接读出。


以磷脂作为代表性表面活性剂,应用界面张力仪测定了DSPC和DPPC溶液的表面张力等温线,计算了相应的表面性质参数。该实验操作性强、数据重现性好、实验体系稳定,能够在4学时内完成。通过对传统实验的改进,可以实现物理化学实验与科研前沿的对接,使实验内容与药学的衔接更加紧密,更好地理解表面活性剂的性质。通过拓展实验,也可以将该实验拓展设计成综合实验,探究溶剂的选择对于磷脂溶液表面张力等温线测定的影响,方便理解体系中的分子相互作用,学会为表面活性剂测定体系选择合适的溶剂。