抗衡陰離子選擇性調(diào)控的陽離子表面親水性
早在19世紀(jì)末Franz Hofmeister等人就發(fā)現(xiàn)了不同離子對(duì)生物分子具有不同影響，并根據(jù)電解質(zhì)在水中沉淀蛋白的能力，對(duì)不同類型的電解質(zhì)進(jìn)行分組，排序。隨著后人對(duì)電解質(zhì)水溶液的物理化學(xué)行為更為深入精細(xì)的探索，Hofmeister所建立的電解質(zhì)序列得到了不斷地完善和校正，成為現(xiàn)今最廣為接受的評(píng)判和解釋不同離子水合能力強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)?；蛟S因?yàn)镕ranz Hofmeister的文章的德文過于古舊，過去一百多年來，似乎我們沒有注意到Hofmeister所建立的不同類型電解質(zhì)的序列而不是不類型離子的序列。當(dāng)然，這或許我們喜聞樂見的疏忽。因?yàn)闉榱吮３窒到y(tǒng)整體的電中性，陽離子和陰離子總是形影不離，相伴相隨的存在，所以在完全脫離其抗衡離子的干擾的情況下，選擇性地研究某種離子在水中的物理化學(xué)行為近乎是不可能完成的任務(wù)。我們今天所有關(guān)于陰離子和陽離子的認(rèn)知均來建立在它們對(duì)離子對(duì)，即電解質(zhì)，的物理化學(xué)行為的貢獻(xiàn)具有獨(dú)立性和加和性，進(jìn)而借助理論模型，將所觀測的離子對(duì)的性質(zhì)拆分成陰離子和陽離子的性質(zhì)。也就是說，我們今天所有關(guān)于離子物理化學(xué)性質(zhì)的理解均取決于用于拆分陰陽離子貢獻(xiàn)的理論模型的準(zhǔn)確性。因此，無論是離子的Hofmeister序列還是其它關(guān)于離子與水分子相互作用的相關(guān)的離子分類和排序，時(shí)至今日，依然是無直接實(shí)驗(yàn)證明的半經(jīng)驗(yàn)的理論猜想。
近日，吉林大學(xué)汪大洋教授課題組與其墨爾本皇家理工大學(xué)、東南大學(xué)、長春建筑大學(xué)的合作者一起基于陽離子表面水驅(qū)動(dòng)的油去潤濕行為，首次從實(shí)驗(yàn)上選擇性地分析不同陰離子的水合能力的差異。基于聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDADMA-Cl）的季銨鹽重復(fù)單元的特殊的各項(xiàng)同性的分子構(gòu)型和季銨鹽獨(dú)有的無水合層的特點(diǎn)，汪大洋教授團(tuán)隊(duì)設(shè)想PDADMAC陽離子模型表面的表面的親水性主要反映其表面抗衡陰離子，氯離子（Cl-）的水合能力。借此，通過簡單的表面離子交換，所制備的PDADMA-Cl的氯離子可以被一系列陰離子替換。通過分析攜帶不同表面抗衡陰離子的PDADMA表面水驅(qū)動(dòng)的油去潤濕性，表面抗衡陰離子可以很容易分成兩類，一類如硫酸根離子（SO42-）可以實(shí)現(xiàn)水驅(qū)動(dòng)的油完全去潤濕性，即（水驅(qū)）自清潔，而另一類如氯離子（Cl-）在水驅(qū)動(dòng)下可以牢固地吸附油滴，即（水下）油粘附。從表面技術(shù)層面上，這個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)提供了可能是目前最為簡便的實(shí)現(xiàn)表面自清潔的涂層技術(shù)，它可以允許我們簡易便捷地構(gòu)筑各種具有自清潔功能的濾膜，比如用于油水分離。
出乎意料的是，這種基于表面水驅(qū)動(dòng)的油去潤濕行為對(duì)陰離子的分類與1929年Jones和Dole基于電解質(zhì)水溶液粘度對(duì)陰離子水和能力的猜測相吻合。Jones和Dole通過擬合電解質(zhì)水溶液粘度與電解質(zhì)濃度的關(guān)系提出了了一個(gè)重要的離子粘度B系數(shù)(Bh)。他們從理論上預(yù)測陰離子的Bh為正值的陰離子水合能力強(qiáng)，而陰離子的Bh為負(fù)值的陰離子水合能力弱，這與汪大洋教授團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全一致。有趣的是，盡管氯離子（Cl-）的Bh在室溫是負(fù)值，不過隨著周圍水環(huán)境的溫度超過35℃變成正值。伴隨氯離子（Cl-）的Bh的符號(hào)隨著溫度由負(fù)變正，PDADMA-Cl表面也相應(yīng)地油水下可以牢固吸附油滴表面轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓪?shí)現(xiàn)自清潔的表面。這個(gè)發(fā)現(xiàn)提示我們氯離子（Cl-）的獨(dú)特性，特別是結(jié)合人體的36 - 37℃體溫范圍一起考量，深入的探索溫度對(duì)氯離子水合能力的影響或許可以解釋，解決眾多與鹽攝入相關(guān)的生物化學(xué)和病理健康問題提供更深層次的物理化學(xué)基礎(chǔ)。
相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是吉林大學(xué)的博士生陶琦，共同第一作者是墨爾本皇家理工大學(xué)的研究員黃舒博士。
該文章作者為：Qi Tao, Shu Huang, Xu Li, Xue-Feng Chu, Xiaoling Lu, and Dayang Wang
Counterion-Dictated Self-Cleaning Behavior of Polycation Coating upon Water Action: Macroscopic Dissection of Hydration of Anions,Angew. Chem. Int. Ed.2020.
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com