表面活性劑是一類(lèi)特殊的有機(jī)化合物，兩親性使其具有形成多種聚集體的傾向。表面活性劑可以降低兩相之間的界面張力。特性參數(shù)包括臨界膠束濃度(cmc)、親水親油平衡(HLB)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、親水頭基電荷等。表面活性劑的表面活性使其成為優(yōu)良的乳化劑、分散劑和起泡劑。作為肥皂和洗滌劑的活性成分，表面活性劑常被用于清潔目的，將油性物質(zhì)從特定基底上分離。

許多綜述和科學(xué)報(bào)告描述了表面活性劑膠束在制藥、洗滌劑、化妝品、涂料、食品科學(xué)、納米技術(shù)、光電、生物修復(fù)、采油、化學(xué)反應(yīng)和藥物傳遞領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。表面活性劑由于具有降低表面張力、增加溶解度、去污、潤(rùn)濕、起泡等能力，因此在工業(yè)中被廣泛用作粘合劑、絮凝劑、潤(rùn)濕劑、起泡劑、破乳劑和滲透劑。石油工業(yè)對(duì)表面活性劑的需求量一直很大，包括用于洗油和三次采油、破乳等。Gemini表面活性劑是一種特殊的表面活性劑分子，廣泛應(yīng)用于高孔隙率材料的制備、相轉(zhuǎn)移催化劑、身體護(hù)理產(chǎn)品、藥物包封/釋放、抗真菌劑和抗菌劑等領(lǐng)域。目前，隨著市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)和對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注，作為化學(xué)表面活性劑的替代品，出現(xiàn)了一類(lèi)源自于微生物的可生物降解的表面活性劑，被稱(chēng)為生物表面活性劑。生物表面活性劑因其優(yōu)異的理化性質(zhì)、無(wú)害性、生物相容性和化學(xué)多樣性而在醫(yī)藥和工業(yè)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。

表面活性劑的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，化學(xué)工藝在綠色化學(xué)條件下發(fā)展壯大。當(dāng)前，在綠色化學(xué)的理念下，研究人員在進(jìn)行催化反應(yīng)的同時(shí)，努力避免副產(chǎn)物的浪費(fèi)，避免使用危險(xiǎn)溶劑，并從供應(yīng)和回收角度努力壓低能源成本。之前，表面活性劑在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用主要集中在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的水相催化反應(yīng)上。然而，目前它正迅速升級(jí)到醫(yī)療和工業(yè)方面。如今，表面活性劑在藥物配方中的使用逐步增加，因?yàn)樵谒幬锷a(chǎn)中，表面活性劑被成功用于增溶藥物并提供足夠的穩(wěn)定性。表面活性劑分子和藥物分子之間的相互作用對(duì)于藥物在生物系統(tǒng)中整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程的穩(wěn)定和增溶（以防止藥物降解）是非常重要的。

對(duì)表面活性劑聚集體的分析及其潛在應(yīng)用是一個(gè)熱門(mén)話(huà)題，這類(lèi)研究還涉及有序組合體在許多化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程中所發(fā)揮的作用。某一表面活性劑在反應(yīng)中的適用性主要取決于所形成的聚集體性質(zhì)。兩親分子的聚集結(jié)構(gòu)被廣泛用于有機(jī)反應(yīng)的納米催化反應(yīng)器。另外，表面活性劑被成功地用于合成金屬納米粒子，并對(duì)納米粒子起穩(wěn)定作用。在大多數(shù)情況下，單體表面活性劑以聚集體的形式參與到金屬納米粒子催化的反應(yīng)中，其中，金屬納米粒子被兩親物、聚合物膠團(tuán)或樹(shù)枝狀大分子所穩(wěn)定。

從實(shí)驗(yàn)室性能到商業(yè)應(yīng)用，本綜述概述了表面活性劑聚集體的主要應(yīng)用領(lǐng)域，特別是藥物、洗滌劑、采油、生物修復(fù)、藥物傳輸、有機(jī)反應(yīng)等領(lǐng)域。

1 表面活性劑在多種領(lǐng)域的應(yīng)用

在過(guò)去的幾年里，表面活性劑在全球市場(chǎng)上的使用經(jīng)歷了穩(wěn)定的增長(zhǎng)。全球表面活性劑市場(chǎng)正處于轉(zhuǎn)型階段：多元化或整合。不同類(lèi)型的表面活性劑在不同領(lǐng)域的應(yīng)用介紹如下。

1.1 藥品和化妝品

在過(guò)去的幾十年里，表面活性劑在藥物方面的應(yīng)用受到了強(qiáng)烈的關(guān)注。表面活性劑由于其獨(dú)特的功能特性，多年來(lái)一直作為藥用輔料進(jìn)行研究。合成表面活性劑作為乳化劑和潤(rùn)濕劑已廣泛應(yīng)用于石油、食品和制藥行業(yè)。表面活性劑在制備軟膏、冷霜、潔面霜、雪花膏、剃須膏時(shí)，使其在用水清洗時(shí)很容易從皮膚上去除。許多綜述、書(shū)籍和最近發(fā)表的文章都強(qiáng)調(diào)了表面活性劑的應(yīng)用。Lukic等介紹了新型表面活性劑的合成及在化妝品中的應(yīng)用基本情況。季銨鹽表面活性劑（含N+的陽(yáng)離子表面活性劑，QAS）自1935年以來(lái)因其廣譜抗菌、抗病毒和抗真菌活性而受到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。但QAS不易生物降解，對(duì)水生生物有毒。因此，合成更環(huán)保的表面活性劑的需求不斷增加。這時(shí)，氨基酸表面活性劑出現(xiàn)了，成為一種很有前途的新型抗菌劑，用于抑制細(xì)菌耐藥性。HLB值、陽(yáng)離子電荷密度和極性頭基上的氨基酸序列直接影響抗微生物活性。許多蛋白質(zhì)在儲(chǔ)存和運(yùn)輸溫度下是不穩(wěn)定的。在過(guò)去的10年中，含有蛋白質(zhì)的制藥產(chǎn)品面臨的最大挑戰(zhàn)是在純化、加工和存儲(chǔ)過(guò)程中保持蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。表面活性劑通過(guò)與蛋白質(zhì)結(jié)合直接影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。離子表面活性劑主要通過(guò)靜電作用和疏水作用與蛋白質(zhì)分子結(jié)合，而非離子表面活性劑通過(guò)疏水作用與蛋白質(zhì)分子結(jié)合。與離子表面活性劑不同，非離子表面活性劑對(duì)商用配方中蛋白質(zhì)的穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用；然而，這種穩(wěn)定作用的機(jī)理尚不清楚。Katz等報(bào)道了氨基酸型非離子表面活性劑是一種很有前景的蛋白質(zhì)藥物穩(wěn)定劑。Kishore等近期闡述了在生物療法配方中非離子表面活性劑與蛋白質(zhì)之間的相互作用。聚山梨醇酯類(lèi)(PS)是常見(jiàn)的非離子表面活性劑，常用于生物制藥產(chǎn)品，特別是保護(hù)蛋白質(zhì)對(duì)抗界面應(yīng)力。近期綜述描述了聚山梨醇酯類(lèi)及其降解產(chǎn)物應(yīng)用于生物制藥配方的趨勢(shì)。

1.2 洗滌劑和清潔劑

全世界每年有超過(guò)5000萬(wàn)t的洗滌劑以多種形式（粉狀、液體、棒狀、膏狀、塊狀、模塑件等）被用于家用洗衣產(chǎn)品、家用清潔劑、工業(yè)用清潔劑、化妝品等。表面活性劑是洗滌劑和其他清潔劑配方中最基本的成分之一。清潔劑的作用主要是通過(guò)去除疏水的油性分子（如非共價(jià)結(jié)合的脂類(lèi)）和灰塵顆粒來(lái)清潔物質(zhì)的表面，因?yàn)閱慰克疅o(wú)法去除沾在布上的油脂類(lèi)污垢。通常是使用表面活性劑將這些油膩的污物從布料表面除去，因?yàn)楸砻婊钚詣┛赏ㄟ^(guò)形成膠束有效地增溶這些油性分子。表面活性劑的疏水尾緊緊地吸附在油性污物上，而親水頭基則朝向水。油類(lèi)或脂類(lèi)物質(zhì)被分散到水中，比如形成水包油乳液。在這種情況下，污物可以被沖洗掉。表面活性劑的應(yīng)用早已大大擴(kuò)展，不再局限于最初的肥皂和洗滌劑（個(gè)人清潔劑、洗衣粉、洗碗劑、家用清潔劑）。陰離子表面活性劑在工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常被用作潤(rùn)濕劑，特別是當(dāng)潤(rùn)濕液被應(yīng)用于蠟質(zhì)或“蠟樣”表面。目前在洗滌劑工業(yè)中使用的2種主要的表面活性劑是直鏈烷基苯磺酸鹽（LAS）和烷基酚聚氧乙烯醚（APE）。陰離子表面活性劑是衣用洗滌劑中最主要的成分，而陽(yáng)離子表面活性劑則通常用于頭發(fā)護(hù)理產(chǎn)品，因?yàn)殛?yáng)離子表面活性劑可使頭發(fā)更柔軟、絲滑和有光澤，此外，陽(yáng)離子表面活性劑在干洗液中可發(fā)揮其潤(rùn)濕能力，用作油潤(rùn)濕劑。烷基鏈較長(zhǎng)的雙烷基季銨鹽類(lèi)化合物是常用的一類(lèi)陽(yáng)離子表面活性劑，在洗滌劑中用作織物柔順劑。非離子表面活性劑其中一大類(lèi)為其分子中含有由若干乙氧基單元（EO）組成的、具有親水性的乙氧基鏈。需要指出的是，具有良好洗滌性能的這類(lèi)非離子表面活性劑通常EO數(shù)為7~12。聚氧乙烯醚類(lèi)表面活性劑被廣泛應(yīng)用于各種清潔劑配方，如洗發(fā)水、洗碗劑、洗手產(chǎn)品等配方。清潔劑主要有4種形式：肥皂、合成洗滌劑、無(wú)脂質(zhì)洗劑和抗菌劑。

最近，人們對(duì)環(huán)境友好的、低成本的現(xiàn)代合成清潔劑的生產(chǎn)頗為關(guān)注。Binici等最近報(bào)道向日葵莖粉末是一種無(wú)害的天然洗滌劑，可以去除大量難洗的污漬。表面活性劑也可作為增黏劑和起泡劑。高表面活性的脂肪酸鹽化合物，至少含有8個(gè)碳原子，被大量用作洗滌劑。表1列出了一些更常見(jiàn)的表面活性劑及其在醫(yī)藥和清潔方面的潛在應(yīng)用。

表1 化學(xué)合成表面活性劑在醫(yī)藥和清潔領(lǐng)域的潛在應(yīng)用

1.3 生物修復(fù)

生物修復(fù)（bioremediation）是指通過(guò)活微生物對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的過(guò)程，是被廣泛采用的廢物處理新技術(shù)，可以去除或中和污染場(chǎng)地中的環(huán)境污染物。與較早建立的化學(xué)法相比，表面活性劑輔助生物修復(fù)技術(shù)是一種去除有毒重金屬更為有效、便捷的方法。在SDS和TX-100的存在下，通過(guò)一種藻類(lèi)（wallalgae）水提液中的生物有機(jī)化合物的氧化，將劇毒的Cr(VI)有效地還原為毒性相對(duì)較低的Cr(III)。芒果葉的水提液在這些表面活性劑的存在下也具有較強(qiáng)的生物修復(fù)作用，對(duì)污染廢水中的Cr(VI)具有解毒作用。近年來(lái)，人們成功地從無(wú)患子(Sapindusmukorossi)中提取了一種天然表面活性劑——皂苷(saponin)，用于污水中更多Cr(VI)的生物修復(fù)。甘蔗渣水提液加入TX-100和SDS表面活性劑可加速Cr(VI)的生物修復(fù)。在大多數(shù)情況下，SDS是高效且最大限度地還原污染水中高價(jià)金屬離子的最佳加速劑。隨著膠束增強(qiáng)超濾工藝的發(fā)展，表面活性劑或膠束聚集體在分離水中重金屬離子方面的應(yīng)用越來(lái)越受歡迎，該工藝中，表面活性劑的電荷與目標(biāo)有毒離子相反。利用闊莢合歡（Albizialebbeck）木屑的水提液對(duì)Cr(VI)進(jìn)行生物吸附是一種非常有成本效益的方法，可用于高價(jià)鉻廢水的凈化。SDS和TX-100膠束聚集體能夠高效地輔助生物修復(fù)過(guò)程，并通過(guò)膠束催化現(xiàn)象提高去除率。