对含有聚乙二醇-4000（Polyethylene glycol-4000）和聚羟基酸（Polyhydroxy acids，PHA）的混合物的分子相互作用进行解析，并结合光谱分析方法进行研究

《Journal of Immunological Methods》：Exegesis of molecular interactions of mixes comprising Polyethylene glycol-4000 and Polyhydroxy acids (PHAs) with spectroscopic analysis

本研究测定了含聚羟基酸（如葡萄糖酸内酯、半乳糖和乳糖酸）和水及聚乙二醇-4000的三元体系在288.15–318.15 K下的密度和声速，通过计算体积参数、等熵压缩系数及Mayer-McMillan流体模型参数，揭示了不同浓度和温度下分子间相互作用及结构差异。

　　

Kanika Bhakri|Nabaparna Chakraborty|K.C. Juglan|Arun Upmanyu

印度旁遮普邦Phagwara市Lovely Professional大学物理系，邮编144401

摘要

本研究选取了由聚羟基酸（葡萄糖内酯、半乳糖和乳酸内酯）、水以及聚乙二醇-4000组成的三元体系，在288.15 K至318.15 K的四种不同温度下，使用Anton Paar DSA 5000 M仪器（大气压0.1 MPa，频率3 MHz）测量了样品的密度和声速。基于实验得到的密度数据，计算了多种体积参数，如表观摩尔体积、偏摩尔体积、膨胀系数$\left(E_{?}^0\right)$及其一阶导数${?E_{?}^0?T}_P$。同时，还利用超声速值获得了表观摩尔等熵压缩系数和偏摩尔等熵压缩系数以及各种传递性质。此外，通过应用Mayer和McMillan流体理论推导出了配对和三重耦合参数。为了理解混合物内部的分子相互作用和结构差异，研究了这些物理化学性质随浓度和温度的变化情况。研究结果从溶质与溶剂之间的相互作用角度进行了评估。此外，还对不同浓度下的PHA与水二元混合物进行了光谱分析，以探究混合物中的拉伸和键合特性。

引言

超声技术因其非破坏性特性而被广泛应用于医学、制药、农业和材料科学领域，能够通过液体的体积和声学性质精确洞察分子间的相互作用[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]。近年来，聚羟基酸（PHA）——如葡萄糖内酯、半乳糖和乳酸内酯——受到了广泛关注。与传统AHA相比，PHA具有类似的去角质和抗衰老功效，同时还具备抗氧化、保湿和增强皮肤屏障的作用，且刺激性较低，因此更适合敏感肌肤[[9], [10], [11], [12], [13], [14]]。相关研究显示PHA在制药、生物聚合物、化妆品和可持续包装等领域具有广泛的应用前景。例如，葡萄糖内酯可提高药物溶解度[15]，半乳糖比其他单糖具有更强的溶质-溶剂相互作用[16,17]，而乳酸内酯（LBA）在纳米医学和癌症治疗中展现出抗氧化、螯合和药物输送潜力[18]。聚乙二醇（PEG）则作为多功能溶剂和添加剂在制药、化妆品和工业领域得到广泛应用[[19], [20], [21], [22]]。总体而言，PHA和聚乙二醇不仅在多种科学和工业应用中具有潜力，还为实现可持续发展目标（SDG 3、9、11和15）做出了贡献。

我们使用的三元体系包含最通用的聚乙二醇-4000、一系列聚羟基酸和水。目前文献中尚未有关于该体系在所研究温度和组成范围内的声速或密度分析的研究结果。鉴于聚乙二醇和PHA在工业和消费领域的广泛应用，了解它们的物理性质具有重要意义。

Nabaparna等人[23]在288.15–318.15 K范围内测量了含有水、聚乙二醇-4000和烟酸（浓度0.07–0.09 mol kg^?1）的溶液的密度和声速。根据这些数据计算出了烟酸-PEG溶液的表观和偏摩尔性质，结果表明溶质-溶剂相互作用较强，这得到了体积性质的进一步支持。其他计算还包括偏摩尔膨胀系数及其温度导数和配对/三重耦合系数。类似地，Kiran等人[24]利用密度和超声速评估了PEG-甘油-水混合物，发现随着PEG分子量和甘油浓度的增加，溶质-溶剂相互作用增强。

材料与实验方法

高纯度化学品（聚乙二醇-4000、葡萄糖内酯、半乳糖和乳酸内酯）购自Loba Chemie和Sigma-Aldrich公司。经过48小时真空干燥后，将样品储存在P₂O₅干燥器中以防吸湿。无需进一步纯化，使用Millipore公司的Milli-Q Academic去离子水配制溶液。用于制备样品的水经过三次蒸馏和脱气处理，其电导率为10^?6

结果与讨论

表2展示了在不同温度下，PHA（葡萄糖内酯、半乳糖和乳酸内酯）与聚乙二醇-4000水溶液混合物的密度（$\rho$）和声速（$c$）的测量结果。各物质的用量范围为0.05至0.07 mol kg^?1。所有温度下测得的葡萄糖内酯和乳酸内酯与水的密度与现有文献数据[25,26]一致，如图1所示。

结论

本研究重点探讨了基于水的聚羟基酸溶液中聚乙二醇-4000的密度和声速，具体研究了其在288.15 K至318.15 K温度范围内的两种浓度（0.05和0.07 mol kg^?1）下的性质。体积-声学研究结果进一步揭示了聚乙二醇与PHA之间的相互作用。研究中涉及的PHA包括葡萄糖内酯、半乳糖和乳酸内酯。

作者贡献声明

Kanika Bhakri：撰写初稿、数据可视化、验证、软件使用、方法设计、实验实施、数据分析、概念构建。Nabaparna Chakraborty：撰写与编辑、结果验证、方法设计、概念构建。K.C. Juglan：撰写与编辑、结果验证、项目监督、资源协调、方法设计、实验实施、资金筹集、概念构建。Arun Upmanyu：撰写与编辑、方法设计。

资金支持

本研究未获得任何公共机构、商业机构或非营利组织的资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢Lovely Professional大学Phagwara分校化学工程与物理科学学院提供的实验所需材料，以及该校中央仪器设施（CIF）和研发部门（Research and Development Cell）进行的光谱分析（FTIR）。同时，也感谢Jalandhar市B.R. Ambedkar国立技术学院（NIT）化学系的支持。