非离子表面活性剂Triton X-100胶束对多环芳烃（PAHs）增溶作用的分子机制：从动态分布到胶束稳定性

为解决多环芳烃（PAHs）因疏水性强、溶解度低而难以从污染环境中有效去除的问题，研究人员通过全原子分子动力学（MD）模拟，系统研究了三种典型PAHs（萘NAP、芘PYR、菲PHE）在Triton X-100（TX-100）胶束中的动态分布规律及其对胶束结构与性质的影响。研究发现PAHs主要分布于胶束壳层区域（>85%时间），且其增溶行为受TX-100尾部碳原子（C18–C22）主导，而胶束尺寸、构象及动力学性质未受显著影响。该研究为优化表面活性剂增强修复技术提供了分子水平的理论依据。

　　

多环芳烃（PAHs）作为一类典型的疏水性有机污染物，广泛存在于石油污染场地中，由于其低水溶性和高持久性，难以通过传统方法有效去除。表面活性剂增强修复技术因其能显著提高PAHs的迁移性和生物可利用性而备受关注，其中非离子表面活性剂Triton X-100（TX-100）因其高增溶能力和环境兼容性而被广泛应用。然而，PAHs在TX-100胶束中的微观分布规律、动态行为及其对胶束性质的影响尚不明确，限制了该技术在实际环境修复中的优化与应用。

为了从分子水平揭示PAHs在TX-100胶束中的增溶机制，研究人员在《Journal of Hazardous Materials Advances》上发表了一项研究，通过全原子分子动力学（MD）模拟，系统探究了三种典型PAHs（萘NAP、芘PYR、菲PHE）在TX-100胶束中的动态分布、空间偏好及其对胶束结构与动力学性质的影响。

研究采用了全原子分子动力学模拟方法，主要技术包括：使用GROMACS 5.0.4软件构建由100个TX-100单体组成的胶束模型，溶解于35,000个水分子中；采用CHARMM力场参数描述TX-100和PAHs分子；通过径向密度分布（RDPs）、接触概率分析、回转半径（R_g）和惯性矩（MOI）计算等手段评估PAHs的分布规律及胶束的结构与动态特性；模拟时间跨度达150–200 ns，以确保系统充分平衡。

研究结果主要包括以下几个方面：

3.1. PAHs在TX-100胶束中的分布

通过径向密度分布分析发现，NAP、PYR和PHE均可分布于胶束的核心和壳层区域，但85%–97%的时间停留于壳层区域。三者均表现出与TX-100尾部碳原子（C18–C22）的高接触概率，且其分布范围与TX-100尾链的空间分布高度重叠。这一现象与胶束较大的体积（R_m ≈ 3.23 nm）和尾链的广泛分布有关。

3.2. PAHs的动态运动导致其相似的增溶模式

PAHs在胶束内部表现出显著的动态运动，能够在核心与壳层之间自由迁移。代表性模拟轨迹显示，单个PAH分子可在数纳秒内从胶束核心移动至表面。在高浓度PAHs条件下，分子仍主要分布于壳层与核心之间的区域。动态运动是导致不同PAHs具有相似增溶行为的关键因素。

3.3. 增溶PAHs对胶束性质的影响

3.3.1. TX-100 EO链和尾部的构象

PAHs的增溶对TX-100单体构象影响极小。EO链中的CCOC、COCC和OCCO二面角构象保持不变（分别约84%、85% trans和88% gauche），尾部CCCC二面角虽略有变化，但整体构象灵活性未受显著影响。

3.3.2. 胶束内部动力学

TX-100碳原子的位移幅度（ADs）分析表明，EO链前端碳原子具有更高的灵活性，而尾部碳原子运动受限。增溶PAHs后，TX-100碳原子的ADs值未发生明显变化，表明胶束内部动力学稳定性未受破坏。

3.3.3. 胶束尺寸与形状

胶束的回转半径（R_g）约为2.50 nm，平均半径（R_m）约为3.23 nm，与已有实验和模拟结果一致。增溶PAHs后，胶束尺寸与形状（略呈椭球形，不对称参数α为0.12–0.16）均未发生显著变化，进一步证实了PAHs的“软进入”机制——即PAHs通过吸附于胶束-水界面并穿透EO壳层进入内部，而不破坏胶束结构。

该研究首次从理论层面阐明了PAHs在非离子表面活性剂TX-100胶束中的增溶特性与机制。结果表明，PAHs在胶束中的动态分布主要受TX-100尾部碳原子主导，且其增溶行为对胶束结构、构象及动力学性质影响极小。这一发现为优化表面活性剂在PAHs污染修复中的应用提供了重要理论支撑，强调了TX-100胶束在增溶疏水性污染物方面的鲁棒性和适用性。未来研究可通过实验手段（如时间分辨光谱技术）进一步验证PAHs的动态行为及胶束结构演化过程。