自组装是指基本的构筑基元在无外加干预力的条件下,通过多种非共价相互作用自发形成有序结构的过程。表面活性剂溶液复配体系中,多种自组装结构已有报道,包括胶束、囊泡、海绵相和纤维等结构。这些自组装结构与生命系统息息相关,过去的几十年引起了科学家广泛关注。同时,这些结构在一定条件下相互缠绕、堆积,进一步组装形成凝胶。凝胶作为软物质材料,在纳米技术、环境和生物医药等多个领域表现出潜在的应用价值。本论文主要研究了多种阴离子表面活性剂与生物小分子混合体系在水溶液中的自组装行为。详细测定了体系的相行为、微观结构、流变学性质等并探索了其应用功能。论文主要包括以下五个部分。第一章介绍了自组装的概念、表面活性剂物理化学的基础知识以及表面活性剂复配体系的聚集行为。详细介绍了当有机小分子存在时,阴离子表面活性剂在水溶液中的聚集行为。在这些体系中形成的聚集体结构在适当的条件下可进一步组装形成凝胶。我们在本部分介绍了凝胶的分类、凝胶因子的设计、种类,以及凝胶在有害物质的去除吸附、分子识别、材料合成等领域的应用。最后介绍了本博士论文的立题背景和研究内容。第二章,我们将阴离子表面活性剂,二(2-乙基己基磷酸酯),(DEHPA)与赖氨酸(Lysine)在水溶液中混合,制备了单层和多层囊泡。将DEHPA加入到固定浓度的Lysine溶液,两者发生酸碱中和反应,并在Lysine正离子与DEHP-之间形成离子对。Lysine侧链的氨基带正电,与带负电的DEHP-极性头基之间的静电作用和氢键是囊泡形成的主要驱动力。静电和氢键作用减小了表面活性剂分子的平均极性头面积,增强了混合物的表面活性,诱导聚集体结构从胶束转变为囊泡。因为Lysine分子的手性,聚集体表现出不同的手性信号。第三章,研究了碱性氨基酸(Lysine)、精氨酸(Arg)和组氨酸(His)与不同链长的脂肪酸(FAs)在水溶液中的聚集行为。详细报道了自组装结构和样品的流变学等性质。第一节,在Lysine/FAs/H2O体系中,通过改变脂肪酸的链长、脂肪酸与Lysine的比例,观察到了胶束、囊泡、海绵相以及纤维结构。由于赖氨酸参与形成聚集体,使其表现出手性信号。不同链长的脂肪酸在相同浓度下表现出流变学性质的差异,说明通过控制脂肪酸的链长可以调节样品的粘弹性。多种非共价相互作用,包括静电作用、氢键和疏水作用,共同驱动聚集体的形成,其中氢键是自组装过程的主要驱动力。第二节中,研究了Arg/FAs/H2O体系中不同的自组装结构,比较了不同碱性的氨基酸对辛酸在水溶液中聚集行为的影响。Lysine/OA/H2O和 Arg/OA/H2O聚集行为相似,而与His/OA/H2O体系聚集行为略有不同。主要是因为即使氨基酸在相同浓度,相同的pH条件下,它们的带电状态是不一样的。最后,在该体系中制备了性质较稳定的乳状液。第四章中,研究了生物表面活性剂脱氧胆酸钠(NaDC)与酒石酸(L-TA)等多种小分子有机酸在水溶液中混合时,体系的凝胶化和结晶化行为。通过控制两者的比例或者总浓度,可实现溶胶向凝胶的转变。在溶胶向凝胶的转变过程中,纤维密度增大,凝胶是长达几微米的纳米纤维密堆积形成的三维网状结构。凝胶制备几天后,有不规则晶体沿纳米纤维的长度方向生长。对于pKa1<3.4有机酸,诱导NaDC形成的凝胶,都会有不规则晶体形成。小角X射线衍射结果表明在形成的透明凝胶和浑浊凝胶中,NaDC与有机酸分子之间形成的氢键方式有差别。第五章中,详细研究了谷胱甘肽(GSH)与NaDC在水溶液中的凝胶化行为。固定NaDC的浓度,逐渐增加GSH的浓度,可以观察到凝胶的微观结构从纳米纤维、纳米螺旋,最后到螺旋带状结构的转变。用圆二色和红外光谱表征了聚集体的光学性质,以及聚集体中肽的二级结构。聚集体结构不同,分子之间的排列方式也不同。在凝胶中加入AgNO3,样品的粘弹性增强。将含有AgNO3的凝胶样品在紫外光下还原,成功制备了Ag纳米颗粒。Ag纳米颗粒以超分子结构为模板,沿纳米纤维的长度方向生长,或者沿纳米螺旋方向排列生长。