Formation and Properties of Sodium Dodecyl Sulfonate Vesicles in n-Propanol/Water Mixed Solutions

doi:10.7503/cjcu20250210

Abstract

Abstract:

The self-assembly behavior of sodium dodecyl sulfonate（SDS） in n-propanol（NPP）/water mixed solutions was studied using methods such as dynamic light scattering（DLS）， transmission electron microscopy（TEM）， small-angle X-ray scattering（SAXS）， and Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）. Experimental results demonstrated that the introduction of NPP significantly enhanced the solubility of SDS. In the 50%（mass ratio） NPP/water mixed solvent， the solubility of SDS reached 225.71 g/L， representing a 93-fold increase compared to the pure water system（2.42 g/L）. The study reveals that in the isotropic phase of the SDS/NPP/H₂O ternary system， besides the typical micellar structure， vesicle aggregates are also observed. As the NPP content progressively increased， the vesicular structures gradually transformed into micelles. When the NPP content exceeded 50%（mass ratio）， the aggregates within the system primarily existed as micelles. FTIR spectral analysis confirmed the formation of hydrogen bonds between SDS and NPP molecules（—S=O…H—O—）， the “water bridge” and “cation（Na⁺） bridge”（—SO₃⁻ …Na⁺…—SO₃⁻_{） between SDS molecules played crucial roles. These interactions effectively mitigated the electrostatic repulsion between the anionic headgroups， which is pivotal for the formation of the SDS/NPP vesicular phase. Furthermore， SAXS and atomic force microscopy（AFM） confirmed the presence of an interdigitated structure of alkyl chains between two leaflets configuration within the vesicle bilayer membranes， with an interdigitated degree of 28.57%. This highly interdigitated structure of alkyl chains between two leaflets is also an intrinsic factor contributing to the formation and stability of the SDS/NPP vesicles. The SDS/NPP vesicles exhibit excellent stability under various conditions， including long-term storage， high-temperature treatment， and freeze-thaw cycles. Furthermore， they exhibit a notable capacity for encapsulating hydrophilic dyes such as calcein. Additionally， the vesicle membrane demonstrates， permeability towards OH^- ions， and the transmembrane permeation process conforms to a first-order kinetic model. This study could deepen the understanding of the aggregation behavior of single-chain amphiphiles and provide valuable insights for the practical application of single-chain amphiphilic molecule vesicles.}

Key words: Vesicle, Sodium dodecyl sulfonate, n-Propanol, Self-assembly

CLC Number:

O647

TrendMD:

WU Yanru, LI Anming², GAO Meihua², ZHUANG Wenchang. Formation and Properties of Sodium Dodecyl Sulfonate Vesicles in n-Propanol/Water Mixed Solutions[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(11): 20250210.

Figures/Tables 7

References 36

[1]	Yan T.， Li F.， Qi S.， Tian J.， Tian R.， Hou J.， Luo Q.， Dong Z.， Xu J.， Liu J.， Chem. Commun.， 2020， 56（1）， 149—152
[2]	Zong W.， Chai Y. H.， Shao X. T.， Li J.， Zhang X. N.， Fine Chemicals， 2022， 39（11）， 2290—2296， 2336
	宗薇，柴云鹤，邵小桐，李军，张旭男. 精细化工， 2022， 39（11）， 2290—2296， 2336
[3]	Van Herk A. M.， Biomacromolecules， 2020， 21（11）， 4379—4387
[4]	Wang T.， Fei J.， Yu F.， Xu X.， Cui Y.， Li J.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2024， 63（45）， e202411981
[5]	Yan Y.， Yang H.， Adv. Funct. Mater.， 2024， 34（41）， 2406210
[6]	Bangham A. D.， Standish M. M.， Watkins J. C.， J. Mol. Biol.， 1965， 13（1）， 238—252
[7]	Lombardo D.， Kiselev M. A.， Magazù S.， Calandra P.， Adv. Condens. Matter Phys.， 2015， 2015（1），151683
[8]	Weil J. K.， Smith F. D.， Stirton A. J.， Bistline R. G.， J. Am. Oil Chem. Soc.， 1963， 40（10）， 538—541
[9]	Kaler E. W.， Murthy A. K.， Rodriguez B. E.， Zasadzinski J. A.， Science， 1989， 245（4924）， 1371—1374
[10]	Zhai L. M.， Zhao M.， Sun D. J.， Hao J. C.， Zhang L. J.， J. Phys. Chem. B， 2005， 109（12）， 5627—5630
[11]	Horbaschek K.， Hoffmann H.， Hao J. C.， J. Phys. Chem. B， 2000， 104（13）， 2781—2784
[12]	Tang S. H.， Huang J. B.， Wang C. Z.， Acta Phys. Chim. Sin.， 2002， 18（12）， 1071—1075
	唐世华，黄建滨，王传忠. 物理化学学报， 2002， 18（12）， 1071—1075
[13]	Tang S. H.， Huang J. B.， Dai L. R.， Wang C.Z.， Fu H.L.， Acta Chim. Sinica， 2002， 60（1）， 1—3
	唐世华，黄建滨，戴乐蓉，王传忠，付宏兰. 化学学报， 2002， 60（1）， 1—3
[14]	Han F.， Fu H. L.， He X.， Huang J. B.， Acta Chim. Sinica， 2003， 61（9）， 1399—1404
	韩峰，付宏兰，何潇，黄建滨. 化学学报， 2003， 61（9）， 1399—1404
[15]	Huang J. B.， Han F.， Wu T.， Acta Phys. Chim. Sin.， 2003， 19（8）， 779—784
	黄建滨，韩峰，吴涛. 物理化学学报， 2003， 19（8）， 779—784
[16]	Gao M. H.， Yao Z. Y.， Du N.， Deng Q. H.， Liu L. J.， Liu J. Q.， Hou W. G.， ChemNanoMat， 2021， 7（5）， 553—560
[17]	Kamphan A.， Charoenthai N.， Traiphol R.， Colloids Surf. A， 2016， 489，103—112
[18]	Alvarado Galindo F.， Venzmer J.， Prévost S.， Hoffmann I.， Gradzielski M.， Colloids Surf. A， 2024， 702， 135014
[19]	Tirado D. F.， Tenorio M. J.， Cabañas A.， Calvo L.， Chem. Eng. Sci.， 2018， 190，14—20
[20]	Jiang D.， Lin Y. C.， Shin S.， Choe Y.， Cho N. J.， J. Phys. Chem. B， 2025， 129（24）， 5976—5988
[21]	Du N.， Song R. Y.， Li H.， Song S.， Zhang R. J.， Hou W. G.， Langmuir， 2015， 31（46）， 12579—12586
[22]	Bruckner R. J.， Mansy S. S.， Ricardo A.， Mahadevan L.， Szostak J. W.， Biophys J.， 2009， 97（12）， 3113—3122
[23]	Budin I.， Debnath A.， Szostak J. W.， J. Am. Chem. Soc.， 2012， 134（51）， 20812—20819
[24]	Gao M. H.， Du N.， Yao Z. Y.， Li Y.， Chen N.， Hou W. G.， Soft Matter， 2021， 17（9）， 2490—2499
[25]	Kalyanasundaram K.， Thomas J. K.， J. Am. Chem. Soc.， 1977， 99（7）， 2039—2044
[26]	Xu H. F.， Du N.， Song Y. W.， Song S.， Hou W. G.， J. Colloid Interface Sci.， 2018， 509，265—274
[27]	Mukherjee S.， Raghuraman H.， Chattopadhyay A.， Biochim. Biophys. Acta Biomembr.， 2007， 1768（1）， 59—66
[28]	Xu H.， Du N.， Song Y.， Song S.， Hou W.， Soft Matter， 2017， 13（19）， 3514—3520
[29]	Roy A.， Maiti M.， Roy S.， J. Chem. Eng. Data， 2015， 60（8）， 2209—2218
[30]	Zhang H. S.， Yuan S. L.， Sun J. C.， Liu J. Q.， Li H. P.， Du N.， Hou W. G.， J. Colloid Interface Sci.， 2017， 506，227—235
[31]	Gao M.， Du N.， Yao Z.， Li Y.， Chen N.， Hou W.， Soft Matter， 2021， 17（17）， 4604—4614
[32]	Yao Z.， Du N.， Chen N.， Liu J.， Hou W.， J. Mol. Liq.， 2022， 360，119516
[33]	Sheng Y.， Zhou B.， Zhao J.， Tao N.， Yu K.， Tian Y.， Wang Z.， J. Colloid Interface Sci.， 2004， 272（2）， 326—329
[34]	Harun A. R. G.， Biswajit G.， Ranjit B.， J. Phys. Chem. B， 2011， 115（29）， 9040—9049
[35]	Roy A.， Maiti M.， Roy S.， Langmuir， 2012， 28（35）， 12696—12703
[36]	Bhattacharya S.， Haldar S.， Langmuir， 1995， 11（12）， 4748—4757