表面活性剂（surface active agents, surfactants）在日常生活和生化实验中都很常见。在日常生活中，各种洗涤剂比如肥皂、洗面奶等的作用成分是表面活性剂。在生化实验中，裂解细胞需要表面活性剂。那么其发挥作用的原理是什么呢？
1. 细胞膜的生物学结构
要回答这个问题，首先要从细胞膜的生物学结构讲起。细胞膜由磷脂双分子层构成（图2a）。当细胞处于静息状态下，细胞质侧的细胞膜主要是富含阴离子和胺的磷脂质，如磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS）和磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine）；而外侧的细胞膜则主要是富含胆碱的磷脂质，如鞘磷脂（sphingomyelin）和卵磷脂（phosphatidylcholine）。当细胞活化或凋亡时，带负电的磷脂质外翻（这也是Annexin V检测细胞凋亡的原理，因为Annexin V可以与PS高亲和力结合）。
2. 表面活性剂
表面活性剂可以减少液体表面张力（使表面分子具有内向运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力）。比如油和水不互溶，但当表面活性剂存在时，它会减少油和水表面的表面张力，从而促进二者溶合。
是不是觉得表面活性剂和细胞膜的结构很像！
3. 表面活性剂与细胞膜的作用过程
当表面活性剂浓度较低时，表面活性剂单体整合到磷脂双分子层中，但不会破坏其结构（图2b）。当表面活性剂浓度超过临界饱和浓度（critial saturation concentration，Csat）时，单体会在细胞膜内聚集而破坏细胞膜的结构（图2c）。当表面活性剂与脂质比达到临界溶解浓度（critical solubilisation concentration，CSC）时，磷脂双分子层溶解，表面活性剂-脂质胶团（surfactant-lipid micelles）和短的膜片段形成（图2d）。随着溶解的进行，最终只剩下表面活性剂-脂质胶团和表面活性剂包裹的膜碎片。表面活性剂还会取代脂质，与膜蛋白的疏水端相互作用（图2e）。
4. 表面活性剂的种类
4.1 离子型表面活性剂（ionic surfactants）
亲水端带有电荷的表面活性剂称为离子型表面活性剂。根据所带电荷的电性又可分为三类：
- 阳离子型表面活性剂（cationic surfactants）
阳离子型表面活性剂主要分为铵盐型和季铵盐型两类，主要用于杀菌、消毒。
e.g. 新洁尔灭（苯扎溴铵）、洁尔灭（苯扎氯铵）。 - 阴离子型表面活性剂（anionic surfactants）
阴离子型表面活性剂通常带有硫酸盐（sulphate）、磺酸盐（sulphonate）或羟酸盐（carboxylate）基团。
e.g.十二烷基硫酸钠（SDS）。 - 两性离子型表面活性剂（zwitterionic/amphoteric/ampholytic surfactants）
这类表面活性剂的亲水端同时带有阳离子和阴离子，但净电荷为零。其既能和酸反应，也能和碱反应。在酸性溶液中呈阳离子，在碱性溶液中呈阴离子。其又可分为四类：甜菜碱类、氨基酸类、咪唑啉类、氧化铵类。
4.2 非离子型表面活性剂 （non-ionic surfactants）
非离子型表面活性剂的亲水端不带电荷。它的亲水亲油特性可以用亲水亲油平衡（hydrophilic-lipophilic balance，HLB）来衡量。HLB值越高越亲油，反之则亲水。一般来说，非离子型表面活性剂作用比较亲和，不会使蛋白变性。
e.g.聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100）、吐温（Tweens）。
5. 表面活性剂是如何杀菌/病毒的？
也许“表面活性剂”这个术语太专业了，但其实我们每天的生活几乎都离不开它。我们日常使用的牙膏、面霜、洗涤剂等几乎都能看到它的身影。其实它起到杀菌作用的原理上述已经提到了——表面活性剂可以破坏细胞膜。
那么病毒呢？
病毒根据其生物学构造可以分为两大类，有包膜病毒（如COVID-19和流感病毒）和无包膜病毒（腺病毒）。对于有包膜病毒，表面活性剂的作用原理与其和细胞的作用原理相似，都是破坏外层的脂质层。而对于非包膜病毒，由于其有蛋白质外壳保护，较难被灭活，只有一部分表面活性剂才能破坏蛋白质外壳。
6. 参考资料
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[1] Parsi K, Connor D, Pilotelle A, et al.. Low concentration detergent sclerosants induce platelet activation but inhibit aggregation due to suppression of GPIIb/IIIa activation in vitro. Thromb Res 2012; 130: 472– 478.
[2] “Breaking Down” Surfactants: What they are, how they work, and their role in the pandemic.
[3] Surfactant Definition and Examples
