Page 26 - 精细化工2019年第9期
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·1754·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                  第 36 卷

            5    总结与展望                                         不同作用对整个体系自由能变化的贡献仍需深入
                                                               探讨。
                 经过多年发展,分子动力学模拟已经成为一种                             (3)多尺度模拟技术相结合
            研究表面活性剂自组装的有效手段,它可以弥补实                                 目前,已有文献报道量子化学计算与分子动力
            验研究的不足,在分子层次上对自组装结构、自组                             学对接模拟技术       [105] ,如何有效地把这种对接技术方
            装过程进行分析进而揭示自组装机理。同时,分子                             法引入到表面活性剂自组装的研究中,是解决自组
            动力学模拟可以建立表面活性剂分子结构与聚集体                             装弱相互作用的一种途径。此外,Boek 等                [93-94] 采用
            性能间的构效关系,指导实验定向合成功能表面活                             的多尺度对接技术为人们实现微观与宏观的对接
            性剂分子。对目前的研究进展作以下总结:                                提供了一种思路,这种方法需进一步优化和完善,
                (1)表面活性剂聚集体的常见结构(球形、蠕                          为实现微观结构参量与宏观性能关系的建立奠定
            虫、囊泡)的自组装过程研究已经比较充分,但特                             基础。
            殊形貌聚集体的形成和形貌转变还需要进一步研                                 (4)模拟与实验结合
            究,例如:复合囊泡、管状胶束、环形胶束等。                                  表面活性剂自组装研究中实验扮演了测试宏观
                (2)目前,分子模拟可以准确描述各种微观结                          性质,模拟扮演了揭示微观结构、组装机理等角色,
            构参量,能够解释一些外界因素诱导形貌变化的内                             两者有效结合才能更有效地服务于表面活性剂在自
            在机理,但是对结构形貌转变过程中的一些弱相互                             组装体研究的发展需求。因此,自组装研究过程中
            作用阐释不足,其诱导结构转变的机理仍需深入研                             需要注重模拟与实验的结合。
            究,例如:氢键、VMD 相互作用、磁相互作用等,                               随着软硬件条件及研究方法的发展,分子模拟
            发展有效研究这些弱相互作用的模拟方法,将为自                             技术能够揭示实验不能够捕捉的微观信息、自组装
            组装形貌的有效调控提供更加准确的理论依据。                              的微观机理,并对聚集体性能进行精确的预测,进
                (3)表面活性剂自组装结构的性能研究方面已                          一步对高性能体系的分子设计提供指导,对实验上
            取得一定的成果,但是仍然有很多问题未得到解决,                            自组装形貌的调控提供理论依据,这种技术的发展
            例如:蠕虫状胶束体系黏度的精确计算、弹性性能                             将会推动表面活性剂自组装领域的不断进步。
            的评价、蠕虫状胶束微观结构参量、力学性能与宏
            观性能间的关系等。                                          参考文献:
                 考虑到目前分子动力学模拟在研究表面活性剂                          [1]   Whitesides  G  M.  Self-assembly  at  all  scales[J].  Science,  2002,
                                                                   295(5564): 2418-2421.
            自组装中存在的问题,分子动力学模拟在以下几个                             [2]   Stone  A  J.  Intermolecular  potentials[J].  Science,  2008,  321(5890):
            方面需要开展深入细致的研究:                                         787-789.
                (1)建立精确的表面活性剂分子力场                              [3]   Israelachvili  J  N.  Intermolecular  and  surface  forces[J].  Quarterly
                                                                   Review of Biology, 2011, 2(3): 59-65.
                 分子动力学模拟准确性的基础之一是精准的分                          [4]   Ghanbarzadeh  S,  Khorrami  A,  Arami  S.  Nonionic  surfactant-based
            子力场,建立精确的力场是准确模拟表面活性剂自                                 vesicular  system  for  transdermal  drug  delivery[J].  Drug  Delivery,
                                                                   2015, 22(8): 1071-1077.
            组装过程、组装体性能的前提条件。目前的分子力
                                                               [5]   Kaur P, Garg T, Rath G, et al. Surfactant-based drug delivery systems
            场虽然能够比较好地描述表面活性剂的自组装形                                  for treating drug-resistant lung cancer[J]. Drug Delivery, 2014, 23(3):
            貌,但如何有效地在分子力场中体现弱相互作用,                                 1-12.
                                                               [6]   Zhao X,  Ma X,  Sun  J,  et al.  Enhanced  catalytic  activities  of
            也是目前表面活性剂力场开发研究中的难点和热点。
                                                                   surfactant-assisted  exfoliated  WS 2  nanodots  for  hydrogen
                (2)组装体形貌转变机理研究                                     evolution[J]. ACS Nano, 2016, 10(2): 2159-2166.
                 组装体形貌转变机理研究中,除一些微观参量                          [7]   Bakshi M S. How surfactants control crystal growth of nanomaterials
                                                                   [J]. Crystal Growth & Design, 2015, 16(2): 1104-1133.
            分析外,应充分发挥分子动力学模拟研究的优势,                             [8]   Shrestha  L  K,  Shrestha  R  G,  Hill  J  P,  et al.  Surfactant-triggered
            比如,各影响因素在表面活性剂自组装中存在相互                                 nanoarchitectonics  of  fullerene  C 60  crystals  at  a  liquid–liquid
            交叉性,在实验上实现单一因素影响规律的考察是                                 interface[J]. Langmuir, 2016, 32(47): 12511-12519.
                                                               [9]   Li W, Luo T, Yang Y, et al. Formation of controllable hydrophilic/
            十分困难的,模拟研究中可以采用单因素变量对比                                 hydrophobic drug delivery systems by electrospinning of vesicles[J].
            法,即不改变其他条件下仅改变待考察的因素,从                                 Langmuir, 2015, 31(18): 5141-5146.
                                                               [10]  Wang  S,  Zhao  K.  Dielectric  analysis  for  the  spherical  and  rodlike
            而获得这一因素的影响规律,逐一考察可以获得各
                                                                   micelle aggregates formed from a gemini surfactant: Driving forces
            因素调控的本质规律。另外,发展一些特殊的模拟                                 of micellization and stability of micelles[J]. Langmuir, 2016, 32(30):
            技术实现胶束性能的考察,目前可以计算囊泡融合                                 7530-7540.
                                                               [11]  Lu H, Shi Q, Wang B, et al. Spherical-to-wormlike micelle transition
            过程中的自由能        [104] ,进一步如何计算整个体系在形                    in  a  pseudogemini  surfactant  system  with  two  types  of  effective
            貌转变过程中的自由能,以及 VDW、静电、氢键等                               pH-responsive groups[J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical
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