微生物脂肽在油/水界面上分子行为的研究

The interfacial activity of microbial lipopeptides could attribute to their molecular behavior at the interface in different condition, and the study of the molecular behavior of microbial lipopeptides has academic significance in understanding and modifying their interfacial activity. The present project will focus on the molecular behavior of microbial lipopeptides at the oil/water interface using molecular dynamics simulation combined with experimental technique. The study oriented towards the surfactin at the n-hexadecane/water interface, and the molecular behavior of surfactin molecules that are different in aliphatic chain will be investigated at a series of interfacial concentrations, in order to obtained the detail information of the molecular behavior of surfactin at the n-hexadecane/water interface. Moreover, the study will focus on the surfactin monolayer, and the influence of the species and the concentration of the additive inorganic salt and the nature of the interface on the molecular behavior of surfactin will be evaluated. In addition, the interfacial tension and the interfacial elastic modulus between n-hexadecane and surfactin solution will be determined. These experimental results will be compared with the molecular behavior that derived from the molecular dynamics simulation, aiming to establish the relationship between the molecular behavior and the interfacial activity and to explore the factor that mostly affect the interfacial activity of surfactin, and the work planned in the present project will provide theoretical basis for further understanding the mechanism of the interfacial activity of surfactin at the oil/water interface.

微生物脂肽的界面活性源于不同环境下界面上的分子行为，界面上分子行为的研究对认识和改变其界面活性具有重要的学术意义。本项目应用分子动力学模拟与实验相结合的方法研究微生物脂肽在油/水界面上的分子行为。以正十六烷/水界面上的表面活性素为对象，研究不同界面浓度作用下具有不同脂肪链长度的表面活性素的分子行为，在分子水平上获得正十六烷/水界面表面活性素分子行为的系统信息；以表面活性素单分子层为对象，计算分析不同无机盐种类、浓度和界面类型影响表面活性素界面分子行为的变化规律；实验测定正十六烷/表面活性素溶液体系的界面张力和界面粘弹模量。更进一步，将实验获得的宏观界面性质与模拟计算得到的微观分子行为相对比，揭示表面活性素的界面活性与界面分子行为之间的关系，探索影响表面活性素界面活性的主要因素，为深入认识油/水界面上表面活性素的界面活性和作用机制奠定基础。

微生物脂肽是一种具有显著界面活性的生物表面活性剂，在采油等工业领域有重要的潜在应用。微生物脂肽的界面活性源于不同环境下界面上的分子行为，微生物脂肽的解离状态、与溶剂分子和反离子等的相互作用是影响其界面分子行为的重要因素。本项目采用了分子动力学模拟和实验相结合的方法研究了界面上表面活性素的分子行为和界面活性，结果表明表面活性素具有显著的界面吸附性以及与阳离子的结合能力，使更多的表面活性素离子存在于界面上且离子之间的排斥作用被屏蔽，这是表面活性素具有较高界面活性的主要机制。界面上的表面活性素离子优先与二价离子和较小半径的一价离子结合，特别是Ca2+，能够完全中和表面活性素离子的有效电荷数，且参与形成稳定的离子间盐桥结构(寿命~0.13 ns)。在相同离子强度条件下，不同类型盐对表面活性素界面分子行为的作用差别不大；而在相同盐浓度条件下，表面活性素的界面分子行为受盐类型影响较大，与Na+相比，Ca2+，Ba2+和Li+的竞争结合能力更强，能显著降低表面活性素水合层中水分子数目和反离子层中Na+的数目。表面活性素与阳离子的强结合作用能够有效地屏蔽表面活性剂分子间的静电排斥作用，在界面上形成致密的单分子层结构，从而更有效地降低界面张力，是表面活性素复配体系高界面活性的关键。本项目执行期间共发表期刊论文5篇(SCI)，国内会议分组报告1人次。