溶剂化变色染料曙红黄与两性/离子型表面活性剂的微环境聚集行为：光谱学与理论计算的多维解析

本研究针对阴离子染料曙红黄(EY)与新型两性离子表面活性剂C12 DmCB等四种表面活性剂的相互作用机制，通过电导滴定、稳态/瞬态荧光光谱、DLS等技术，揭示了不同电荷头基对染料微环境稳定性的调控规律。理论计算证实两性离子表面活性剂形成最稳定保护层，为药物载体设计和废水处理提供新思路。

　　

在纺织印染、化妆品配方和药物递送等领域，染料与表面活性剂的相互作用一直是影响产品性能的关键因素。曙红黄(EY)作为典型的溶剂化变色染料，其生物医学应用价值与光物理特性密切相关，但不同电荷类型表面活性剂对其微环境的调控机制尚不明确。特别是新型两性离子表面活性剂N-十二烷基-N,N-二甲基-2-铵基-1-乙烷羧酸酯(C₁₂
DmCB)与EY的相互作用尚未见报道，这限制了其在精准药物递送等领域的应用探索。

为系统解析这一科学问题，中国科学院的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表研究，通过多尺度实验与理论计算相结合的策略，揭示了不同表面活性剂头基电荷性质对EY微环境稳定性的差异化调控规律。研究采用电导率法测定临界胶束浓度(CMC)，紫外-可见光谱和荧光光谱分析聚集行为，动态光散射(DLS)表征粒径分布，结合密度泛函理论(DFT)计算分子轨道能级。特别运用时间相关单光子计数(TCSPC)技术获取荧光寿命数据，通过TDDFT理论预测电子跃迁特性。

【材料与方法】部分显示，实验选用四种特征表面活性剂：两性离子型C₁₂
DmCB（实验室合成）、阳离子型十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、阴离子型月桂酰肌氨酸钠(SLAS)和脱氧胆酸钠(NaDC)。通过精确控制预胶束和超胶束浓度范围，建立完整的浓度梯度研究体系。

【电导率测量】结果表明，所有表面活性剂-染料体系均出现特征性CMC拐点。其中CTAC因与EY电荷相反，在低于纯CTAC CMC的浓度即引发染料聚集，表现为电导率曲线的提前转折。两性离子表面活性剂则展现出独特的"双拐点"现象，暗示其分子间存在分步自组装过程。

【紫外-可见光谱分析】发现EY-CTAC体系出现显著红移（约25nm），证实强静电作用导致的J-聚集体形成。而C₁₂
DmCB体系虽位移较小（8nm），但吸光度变化最为稳定，反映其通过偶极-偶极相互作用形成更均匀的包裹结构。

【荧光特性研究】稳态荧光显示C₁₂
DmCB使EY量子产率提升40%，时间分辨荧光则揭示其平均寿命延长至4.2ns（水溶液中为1.8ns）。各向异性测量值达0.35，显著高于其他体系，证明两性离子头基的双电层结构有效限制了染料分子旋转。

【理论计算】部分通过Gaussian 09优化分子构型显示，C₁₂
DmCB与EY的HOMO-LUMO能隙最小（2.3eV），分子动力学模拟揭示其通过COO^-
...N⁺
电荷互补形成三维稳定结构。相比之下，CTAC仅通过单一静电位点结合，导致体系稳定性较差。

【胶体性质】DLS数据显示C₁₂
DmCB-EY复合物粒径最小（85nm）且分布最窄（PDI=0.18），zeta电位测定为-12mV，证实其优异的胶体稳定性。而CTAC体系虽初始稳定，但随浓度增加出现500nm以上的超大聚集体。

研究结论指出，两性离子表面活性剂C₁₂
DmCB通过独特的电荷分隔机制，在EY周围形成"分子级保护罩"，其稳定效果优于传统离子型表面活性剂。该发现为设计新型药物载体提供了理论依据——两性离子表面活性剂既能避免阳离子表面活性剂的细胞毒性，又克服了同电荷表面活性剂的弱相互作用缺陷。特别值得注意的是，通过TDDFT计算建立的分子轨道-光谱特性关联模型，为预测染料-表面活性剂组装体的光物理行为提供了新范式。这项工作首次系统比较了四类表面活性剂对EY的稳定化效果，其中关于两性离子表面活性剂微环境调控机制的发现，对开发高效低毒的生物相容性载体具有重要指导价值。