纯化学位移核磁共振谱方法研究混合胶束增溶性质及分子相互作用机制

Surfactant micelles solubilize insoluble or slightly water-soluble organic matter is an important aspect of surfactant applications. Mixed surfactants often possess superior performances than the single surfactant and have achieved widespread application and bright prospects in new drug carrier, nanoreactor, membrane protein construction, auxiliary separation and so on. The solubilization performance of the mixed micelles is closely related to its structural characteristics and the interaction between the surfactants and solubilized molecules. However, resonance crowding and overlapping among the NMR peaks in such complex mixture systems normally occur. Pure shift (PS) spectroscopy can eliminate the homonuclear couplings, simplify NMR spectra of the mixture and improve the spectral resolution. Therefore, based on the existing PS methods, this project intends to develop pure shift NMR spectroscopy methods with multi-parameters suitable for the study of the interaction of mixed micelles and solubilized molecules. By comparing the changes of NMR parameters before and after solubilization, changes of microscopic chemical environment and molecular dynamics behavior of micelles and solutes after solubilization will be analyzed, and the mechanism of intermolecular interaction and solubilization will be discussed. The project might help the understanding of the solubilization properties of mixed micelles and provide experimental basis and technical supports for investigation and application of mixed micelles.

表面活性剂胶束增溶不溶或微溶于水的有机质是表面活性剂应用的一个重要方面。表面活性剂的复配体系常常具有比单一表面活性剂更优越的性能，在药物新载体、纳米反应器、膜蛋白构建、辅助分离等方面具有良好的应用前景。复配体系的增溶性能与其结构特性及增溶后分子间的相互作用机制密切相关。然而，对于表面活性剂复配体系及溶质组成的混合物，其NMR谱图势必会出现谱峰的重叠和拥挤。纯化学位移谱(pure shift, PS)能够消除同核J耦合，简化复杂体系的NMR谱图，提高分辨率。因此，本项目拟在已有PS方法基础上，发展适用于表面活性剂复配体系增溶相互作用研究的多参数纯化学位移NMR谱方法，应用于复配体系的胶束增溶性质和机理研究。通过对比增溶前后NMR参数的变化，分析增溶后胶束和溶质微观化学环境和分子动力学行为的变化，探讨分子间相互作用机制与增溶机理，为混合胶束增溶性质研究和应用提供实验基础及技术支持。

在本项目的支持下，我们首先将PSYCHE纯化学位移（pure shift, PS）NMR谱方法应用于组成复杂的天然产物蜂蜜和茶叶的高分辨谱研究，利用获得的纯化学位移谱建立了多元统计模型。经过对比发现：与传统NMR方法相比，PS NMR方法具有其特点和优势，具有应用于实际体系的潜力。进一步地，我们主要基于NMR技术研究了单一及混合表面活性剂胶束的增溶机理及性质，以及其在药物，难溶有机物和原油模型化合物增溶中的应用，研究了其中的分子间相互作用，阐明了内在的构效机制，提出了相应的相互作用和增溶模型，为表面活性剂增溶研究及应用提供了重要的实验基础和研究手段，也为其它类似的混合物体系中分子间相互作用研究提供了一套丰富多样的NMR方法。此外，为探究解决NMR检测灵敏度低的方法，我们还探索了利用仲氢超极化技术提高NMR检测灵敏度的方法及其应用。本项目目前已发表SCI论文6篇（第一或通讯作者5篇，其中JCR 1区1篇，JCR 2区4篇），尚有2篇研究工作正在整理准备发表中，授权发明专利1篇。