تركز هذه المقالة على آلية مضادات الميكروبات في Gemini Surfactants، والتي من المتوقع أن تكون فعالة في قتل البكتيريا ويمكن أن تقدم بعض المساعدة في إبطاء انتشار فيروسات كورونا الجديدة.
الفاعل بالسطح، وهو اختصار للعبارات Surface وActive وAgent. المواد الخافضة للتوتر السطحي هي مواد نشطة على الأسطح والواجهات ولها قدرة وكفاءة عالية جدًا في تقليل التوتر السطحي (الحدودي)، وتشكيل تجمعات مرتبة جزيئيًا في المحاليل أعلى من تركيز معين وبالتالي لها مجموعة من وظائف التطبيق. تمتلك المواد الخافضة للتوتر السطحي قابلية جيدة للتشتت، والبلل، والقدرة على الاستحلاب، وخصائص مضادة للكهرباء الساكنة، وأصبحت مواد أساسية لتطوير العديد من المجالات، بما في ذلك مجال المواد الكيميائية الدقيقة، ولها مساهمة كبيرة في تحسين العمليات، وتقليل استهلاك الطاقة، وزيادة كفاءة الإنتاج. . مع تطور المجتمع والتقدم المستمر للمستوى الصناعي في العالم، انتشر تطبيق المواد الخافضة للتوتر السطحي تدريجيًا من المواد الكيميائية للاستخدام اليومي إلى مختلف مجالات الاقتصاد الوطني، مثل العوامل المضادة للبكتيريا والمضافات الغذائية ومجالات الطاقة الجديدة ومعالجة الملوثات و المستحضرات الصيدلانية الحيوية.
المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية هي مركبات "أمفيفيلية" تتكون من مجموعات قطبية محبة للماء ومجموعات غير قطبية كارهة للماء، وتظهر بنياتها الجزيئية في الشكل 1 (أ).
في الوقت الحاضر، مع تطور الصقل والتنظيم في الصناعة التحويلية، يتزايد الطلب على خصائص الفاعل بالسطح في عملية الإنتاج تدريجيًا، لذلك من المهم إيجاد وتطوير المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات خصائص سطحية أعلى وبهياكل خاصة. إن اكتشاف Gemini Surfactants يسد هذه الفجوات ويلبي متطلبات الإنتاج الصناعي. الفاعل بالسطح الشائع في الجوزاء هو مركب يحتوي على مجموعتين محبتين للماء (عموما أيونية أو غير أيونية ذات خصائص محبة للماء) وسلسلتي ألكيل كارهة للماء.
كما هو مبين في الشكل 1 (ب)، على النقيض من المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية أحادية السلسلة، تربط المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية مجموعتين محبتين للماء معًا من خلال مجموعة ربط (فاصل). باختصار، يمكن فهم بنية الخافض للتوتر السطحي الجوزاء على أنه تم تشكيله عن طريق ربط مجموعتين رئيسيتين محبتين للماء من الخافض للتوتر السطحي التقليدي مع مجموعة ربط بذكاء.
يؤدي الهيكل الخاص لـ Gemini Surfactant إلى نشاطه السطحي العالي، والذي يرجع بشكل أساسي إلى:
(1) التأثير الكاره للماء المعزز لسلسلتي الذيل الكارهة للماء لجزيء Gemini Surfactant وزيادة ميل الفاعل بالسطح إلى ترك المحلول المائي.
(2) إن ميل مجموعات الرؤوس المحبة للماء للانفصال عن بعضها البعض، وخاصة مجموعات الرؤوس الأيونية بسبب التنافر الكهروستاتيكي، يضعف بشكل كبير بسبب تأثير المباعد؛
(3) يؤثر الهيكل الخاص للمواد الخافضة للتوتر السطحي في الجوزاء على سلوك التجميع في المحلول المائي، مما يمنحها مورفولوجيا تجميع أكثر تعقيدًا وتنوعًا.
تتمتع المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء بنشاط سطحي (حدودي) أعلى، وتركيز مذيل حرج أقل، وقابلية أفضل للتبلل، وقدرة استحلاب وقدرة مضادة للبكتيريا مقارنة بالمواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية. ولذلك، فإن تطوير واستخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي من الجوزاء لها أهمية كبيرة في تطوير وتطبيق المواد الخافضة للتوتر السطحي.
إن "البنية الأمفيفيلية" للمواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية تمنحها خصائص سطحية فريدة. كما هو مبين في الشكل 1 (ج)، عند إضافة مادة خافضة للتوتر السطحي تقليدية إلى الماء، تميل المجموعة الرأسية المحبة للماء إلى الذوبان داخل المحلول المائي، وتمنع المجموعة الكارهة للماء ذوبان جزيء الفاعل بالسطح في الماء. وفي ظل التأثير المشترك لهذين الاتجاهين، يتم إثراء جزيئات الفاعل بالسطح عند السطح البيني للغاز والسائل وتخضع لترتيب منظم، وبالتالي تقليل التوتر السطحي للماء. على عكس المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية، فإن المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية عبارة عن "ثنائيات" تربط المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية معًا من خلال مجموعات مباعدة، والتي يمكن أن تقلل من التوتر السطحي للماء والتوتر السطحي بين الزيت/الماء بشكل أكثر فعالية. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء على تركيزات أقل من المذيلة الحرجة، وقابلية أفضل للذوبان في الماء، والاستحلاب، والرغوة، والترطيب، وخصائص مضادة للبكتيريا.
| مقدمة من الجوزاء السطحي في عام 1991، قام مينجر وليتاو [13] بإعداد أول مادة خافضة للتوتر السطحي من سلسلة ثنائي ألكيل مع مجموعة ربط صلبة، وأطلقوا عليها اسم "الخافض للتوتر السطحي الجوزاء". في نفس العام، أعد زانا وآخرون [14] سلسلة من أملاح الأمونيوم الرباعية الخافضة للتوتر السطحي لأول مرة وقاموا بشكل منهجي بالتحقيق في خصائص هذه السلسلة من أملاح الأمونيوم الرباعية الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية. في عام 1996، قام الباحثون بتعميم ومناقشة سلوك السطح (الحدود)، وخصائص التجميع، وريولوجيا المحاليل، وسلوك الطور لمختلف المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء عند مزجها مع المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية. في عام 2002، قامت زانا [15] بالتحقيق في تأثير مجموعات الارتباط المختلفة على السلوك التجميعي للمواد الخافضة للتوتر السطحي في الجوزاء في محلول مائي، وهو العمل الذي أدى إلى تقدم كبير في تطوير المواد الخافضة للتوتر السطحي وكان ذا أهمية كبيرة. في وقت لاحق، اخترع تشيو وآخرون [16] طريقة جديدة لتخليق المواد الخافضة للتوتر السطحي من الجوزاء والتي تحتوي على هياكل خاصة تعتمد على بروميد السيتيل و4-أمينو-3،5-ثنائي هيدروكسي ميثيل-1،2،4-تريازول، مما زاد من إثراء طريقة الجوزاء التوليف السطحي. |
بدأت الأبحاث حول المواد الخافضة للتوتر السطحي في الجوزاء في الصين في وقت متأخر؛ في عام 1999، قام جيانكسي تشاو من جامعة فوتشو بمراجعة منهجية للأبحاث الأجنبية حول المواد الخافضة للتوتر السطحي في الجوزاء وجذبت انتباه العديد من المؤسسات البحثية في الصين. بعد ذلك، بدأت الأبحاث حول المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء في الصين في الازدهار وحققت نتائج مثمرة. في السنوات الأخيرة، كرس الباحثون أنفسهم لتطوير مواد الجوزاء السطحية الجديدة ودراسة خصائصها الفيزيائية والكيميائية ذات الصلة. وفي الوقت نفسه، تم تطوير تطبيقات Gemini Surfactants تدريجيًا في مجالات التعقيم ومضادات البكتيريا، وإنتاج الغذاء، وإزالة الرغوة وتثبيط الرغوة، وبطء إطلاق الأدوية، والتنظيف الصناعي. استنادًا إلى ما إذا كانت المجموعات المحبة للماء في جزيئات الفاعل بالسطح مشحونة أم لا ونوع الشحنة التي تحملها، يمكن تقسيم المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية إلى الفئات التالية: المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية والأنيونية وغير الأيونية والمذبذبة. من بينها، تشير خافضات التوتر السطحي الجوزاء الكاتيونية عمومًا إلى خافضات التوتر السطحي الجوزاءية أو ملح الأمونيوم الرباعي، وتشير خافضات التوتر السطحي الجوزاء الأيونية في الغالب إلى خافضات التوتر السطحي الجوزاء التي تكون مجموعاتها المحبة للماء هي حمض السلفونيك والفوسفات وحمض الكربوكسيل، في حين أن خافضات التوتر السطحي الجوزاء غير الأيونية هي في الغالب بولي أوكسي إيثيلين خافضات التوتر السطحي الجوزاء.
1.1 المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء الكاتيونية
يمكن للمواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية الكاتيونية أن تفصل الكاتيونات في المحاليل المائية، وبشكل رئيسي الأمونيوم وأملاح الأمونيوم الرباعية. تتمتع المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية الجوزاء بقابلية جيدة للتحلل الحيوي، وقدرة قوية على إزالة التلوث، وخصائص كيميائية مستقرة، وسمية منخفضة، وبنية بسيطة، وتوليف سهل، وسهولة فصل وتنقية، ولها أيضًا خصائص مبيدة للجراثيم، ومقاومة للتآكل، وخصائص مضادة للكهرباء الاستاتيكية ونعومة.
يتم تحضير المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية القائمة على ملح الأمونيوم الرباعي بشكل عام من الأمينات الثلاثية بواسطة تفاعلات الألكلة. هناك طريقتان اصطناعيتان رئيسيتان على النحو التالي: إحداهما هي رباعية الألكانات المستبدلة بثنائي البروم والأمينات الثلاثية ألكيل ثنائي ميثيل طويلة السلسلة؛ والآخر هو تربيع الألكانات طويلة السلسلة المستبدلة بـ 1 برومو وN، N، N'، N'-tetramethyl alkyl diamines مع الإيثانول اللامائي كمذيب وارتجاع تسخين. ومع ذلك، فإن الألكانات المستبدلة بثنائي برومو هي أكثر تكلفة ويتم تصنيعها عادة بالطريقة الثانية، وتظهر معادلة التفاعل في الشكل 2.
1.2 المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء الأنيونية
يمكن للمواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية الأنيونية أن تفصل الأنيونات في المحلول المائي، وبشكل رئيسي السلفونات وأملاح الكبريتات والكربوكسيلات وأملاح الفوسفات من نوع الجوزاء الخافضة للتوتر السطحي. تتمتع المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية بخصائص أفضل مثل إزالة التلوث والرغوة والتشتت والاستحلاب والترطيب، وتستخدم على نطاق واسع كمنظفات وعوامل رغوة وعوامل ترطيب ومستحلبات ومشتتات.
1.2.1 السلفونات
تتمتع المواد الخافضة للتوتر السطحي القائمة على السلفونات بمزايا الذوبان الجيد في الماء، وقابلية البلل الجيدة، ومقاومة جيدة لدرجة الحرارة والملح، والمنظفات الجيدة، وقدرة تشتيت قوية، وتستخدم على نطاق واسع كمنظفات، وعوامل رغوة، وعوامل ترطيب، ومستحلبات، ومشتتات في البترول، صناعة النسيج، والمواد الكيميائية ذات الاستخدام اليومي بسبب مصادرها الواسعة نسبياً للمواد الخام، وعمليات الإنتاج البسيطة، والتكاليف المنخفضة. قام لي وآخرون بتصنيع سلسلة من خافضات التوتر السطحي الجوزاء (2Cn-SCT) الجديدة من حمض الديالكيل ديسولفونيك، وهو خافض للتوتر السطحي الباريوني النموذجي من نوع السلفونات، باستخدام ثلاثي كلورامين وأمين أليفاتي وتوراين كمواد خام في تفاعل من ثلاث خطوات.
1.2.2 أملاح الكبريتات
تتميز المواد الخافضة للتوتر السطحي لأملاح إستر الكبريتات بمزايا التوتر السطحي المنخفض للغاية، والنشاط السطحي العالي، والقابلية الجيدة للذوبان في الماء، ومصدر واسع للمواد الخام والتوليف البسيط نسبيًا. كما أن لديها أداء غسيل جيد وقدرة رغوة، وأداء مستقر في الماء العسر، وأملاح إستر الكبريتات محايدة أو قلوية قليلاً في المحلول المائي. كما هو مبين في الشكل 3، استخدم Sun Dong et al حمض اللوريك والبولي إيثيلين جلايكول كمواد خام رئيسية وأضاف روابط إستر الكبريتات من خلال تفاعلات الاستبدال والأسترة والإضافة، وبالتالي تصنيع ملح إستر الكبريتات الفاعل بالسطح الباريوني-GA12-S-12.
1.2.3 أملاح الحمض الكربوكسيلي
عادةً ما تكون المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية القائمة على الكربوكسيلات خفيفة وخضراء وقابلة للتحلل بسهولة ولها مصدر غني بالمواد الخام الطبيعية وخصائص استخلاب معدنية عالية ومقاومة جيدة للماء العسر وتشتت صابون الكالسيوم وخصائص رغوة وترطيب جيدة، وتستخدم على نطاق واسع في المستحضرات الصيدلانية، المنسوجات والمواد الكيميائية الدقيقة وغيرها من المجالات. إن إدخال مجموعات الأميد في المواد الخافضة للتوتر السطحي القائمة على الكربوكسيل يمكن أن يعزز قابلية التحلل الحيوي لجزيئات المادة الخافضة للتوتر السطحي ويجعلها أيضًا تتمتع بخصائص جيدة للترطيب والاستحلاب والتشتت وإزالة التلوث. قام Mei et al بتصنيع الفاعل بالسطح الباريوني CGS-2 القائم على الكربوكسيل والذي يحتوي على مجموعات أميد باستخدام دوديسيلامين وثنائي بروموإيثان وأنهيدريد السكسينيك كمواد خام.
1.2.4 أملاح الفوسفات
تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء من نوع ملح إستر الفوسفات على بنية مشابهة للدهون الفوسفاتية الطبيعية وتكون عرضة لتكوين هياكل مثل المذيلات والحويصلات العكسية. تم استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي من نوع ملح فوسفات إستر الجوزاء على نطاق واسع كعوامل مضادة للكهرباء الاستاتيكية ومنظفات الغسيل، في حين أدت خصائص الاستحلاب العالية والتهيج المنخفض نسبيًا إلى استخدامها على نطاق واسع في العناية الشخصية بالبشرة. يمكن لبعض استرات الفوسفات أن تكون مضادة للسرطان، ومضادة للأورام، ومضادة للبكتيريا، وقد تم تطوير العشرات من الأدوية. تتميز المواد الخافضة للتوتر السطحي من نوع ملح إستر الفوسفات بخصائص استحلاب عالية للمبيدات الحشرية ويمكن استخدامها ليس فقط كمضادات للبكتيريا ومبيدات حشرية ولكن أيضًا كمبيدات أعشاب. قام Zheng et al بدراسة تخليق ملح فوسفات إستر الجوزاء الخافض للتوتر السطحي من P2O5 وثنائيات قليلة القسيمات القائمة على أورثو كوات، والتي لها تأثير ترطيب أفضل، وخصائص جيدة مضادة للكهرباء الساكنة، وعملية تخليق بسيطة نسبيًا مع ظروف تفاعل خفيفة. تظهر الصيغة الجزيئية للفاعل بالسطح الباريوني ملح فوسفات البوتاسيوم في الشكل 4.
1.3 المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية في الجوزاء
لا يمكن فصل المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية غير الأيونية في محلول مائي وتوجد في شكل جزيئي. هذا النوع من الفاعل بالسطح الباريوني لم تتم دراسته حتى الآن، وهناك نوعان، أحدهما مشتق من السكر والآخر هو إيثر الكحول وإيثر الفينول. لا توجد المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية في الحالة الأيونية في المحلول، لذا فهي تتمتع بثبات عالي، ولا تتأثر بسهولة بالإلكتروليتات القوية، ولها قابلية تعقيد جيدة مع أنواع أخرى من المواد الخافضة للتوتر السطحي، ولها قابلية ذوبان جيدة. لذلك، تتمتع المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية بخصائص مختلفة مثل التنظيف الجيد، والتشتت، والاستحلاب، والرغوة، وقابلية البلل، والخصائص المضادة للكهرباء الساكنة والتعقيم، ويمكن استخدامها على نطاق واسع في جوانب مختلفة مثل المبيدات الحشرية والطلاءات. كما هو مبين في الشكل 5، في عام 2004، قام فيتزجيرالد وآخرون بتصنيع مواد خافضة للتوتر السطحي من البولي أوكسي إيثيلين (مواد خافضة للتوتر السطحي غير أيونية)، والتي تم التعبير عن بنيتها كـ (Cn-2H2n-3CHCH2O(CH2CH2O)mH)2(CH2)6 (أو GemnEm).
02 الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد الخافضة للتوتر السطحي في الجوزاء
2.1 نشاط المواد الخافضة للتوتر السطحي في الجوزاء
الطريقة الأبسط والأكثر مباشرة لتقييم النشاط السطحي للمواد الخافضة للتوتر السطحي هي قياس التوتر السطحي لمحاليلها المائية. من حيث المبدأ، تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي على تقليل التوتر السطحي للمحلول عن طريق الترتيب الموجه على السطح (الحدود) (الشكل 1 (ج)). إن تركيز المذيلة الحرج (CMC) للمواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء أصغر بأكثر من أمرين من حيث الحجم وقيمة C20 أقل بكثير مقارنة بالمواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية ذات الهياكل المماثلة. يمتلك جزيء الفاعل بالسطح الباريوني مجموعتين محبتين للماء تساعدانه على الحفاظ على قابلية ذوبان جيدة في الماء مع وجود سلاسل طويلة طويلة كارهة للماء. عند السطح البيني للماء/الهواء، يتم ترتيب المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية بشكل غير محكم بسبب تأثير مقاومة الموقع المكاني وتنافر الشحنات المتجانسة في الجزيئات، مما يضعف قدرتها على تقليل التوتر السطحي للماء. في المقابل، فإن مجموعات الارتباط من المواد الخافضة للتوتر السطحي من الجوزاء تكون مرتبطة تساهميًا بحيث يتم الاحتفاظ بالمسافة بين المجموعتين المحبة للماء ضمن نطاق صغير (أصغر بكثير من المسافة بين المجموعات المحبة للماء من المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية)، مما يؤدي إلى نشاط أفضل من المواد الخافضة للتوتر السطحي من الجوزاء عند السطح (الحدود).
2.2 هيكل تجميع المواد الخافضة للتوتر السطحي في الجوزاء
في المحاليل المائية، مع زيادة تركيز الفاعل بالسطح الباريوني، تشبع جزيئاته سطح المحلول، مما يجبر بدوره الجزيئات الأخرى على الهجرة إلى داخل المحلول لتكوين المذيلات. يسمى التركيز الذي يبدأ عنده الفاعل بالسطح في تكوين المذيلات بتركيز المذيلات الحرجة (CMC). كما هو مبين في الشكل 9، بعد أن يكون التركيز أكبر من CMC، على عكس المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية التي تتجمع لتشكل مذيلات كروية، تنتج المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء مجموعة متنوعة من أشكال المذيلات، مثل الهياكل الخطية وثنائية الطبقة، بسبب خصائصها الهيكلية. الاختلافات في حجم المذيلة وشكلها وترطيبها لها تأثير مباشر على سلوك الطور والخصائص الريولوجية للمحلول، وتؤدي أيضًا إلى تغييرات في لزوجة المحلول. المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية، مثل المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية (SDS)، عادةً ما تشكل مذيلات كروية، والتي ليس لها أي تأثير تقريبًا على لزوجة المحلول. ومع ذلك، فإن البنية الخاصة للمواد الخافضة للتوتر السطحي من نوع Gemini تؤدي إلى تكوين مورفولوجيا مذيلة أكثر تعقيدًا وتختلف خصائص محاليلها المائية بشكل كبير عن تلك الموجودة في المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية. تزداد لزوجة المحاليل المائية من المواد الخافضة للتوتر السطحي من الجوزاء مع زيادة تركيز المواد الخافضة للتوتر السطحي من الجوزاء، ربما لأن المذيلات الخطية المتكونة تتشابك في بنية تشبه الويب. ومع ذلك، فإن لزوجة المحلول تتناقص مع زيادة تركيز الفاعل بالسطح، وربما يرجع ذلك إلى اختلال بنية الشبكة وتكوين هياكل مذيلة أخرى.
03 الخصائص المضادة للميكروبات للمواد الخافضة للتوتر السطحي في الجوزاء
كنوع من العوامل العضوية المضادة للميكروبات، فإن الآلية المضادة للميكروبات للفاعل بالسطح الباريوني هي بشكل أساسي أنها تتحد مع الأنيونات الموجودة على سطح غشاء الخلية للكائنات الحية الدقيقة أو تتفاعل مع مجموعات السلفهيدريل لتعطيل إنتاج بروتيناتها وأغشية الخلايا، وبالتالي تدمير الأنسجة الميكروبية لتثبيطها. أو قتل الكائنات الحية الدقيقة.
3.1 الخصائص المضادة للميكروبات للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية
يتم تحديد الخصائص المضادة للميكروبات للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية المضادة للميكروبات بشكل أساسي من خلال طبيعة الأجزاء المضادة للميكروبات التي تحملها. في المحاليل الغروية مثل اللاتكس الطبيعي والطلاءات، ترتبط السلاسل المحبة للماء بالمشتتات القابلة للذوبان في الماء، وسوف ترتبط السلاسل الكارهة للماء بالمشتتات الكارهة للماء عن طريق الامتزاز الاتجاهي، وبالتالي تحويل الواجهة ثنائية الطور إلى فيلم بيني جزيئي كثيف. المجموعات المثبطة للبكتيريا الموجودة على هذه الطبقة الواقية الكثيفة تمنع نمو البكتيريا.
تختلف آلية التثبيط البكتيري للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية اختلافًا جوهريًا عن آلية المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية. يرتبط التثبيط البكتيري للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية بنظام المحاليل ومجموعات التثبيط، لذلك يمكن أن يكون هذا النوع من المواد الخافضة للتوتر السطحي محدودًا. يجب أن يكون هذا النوع من الفاعل بالسطح موجودًا بمستويات كافية بحيث يكون الفاعل بالسطح موجودًا في كل ركن من أركان النظام لإنتاج تأثير جيد مبيد للميكروبات. وفي الوقت نفسه، يفتقر هذا النوع من المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى التوطين والاستهداف، الأمر الذي لا يسبب هدرًا غير ضروري فحسب، بل يخلق أيضًا مقاومة على مدى فترة طويلة من الزمن.
على سبيل المثال، تم استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي القائمة على سلفونات الألكيل في الطب السريري. تعالج سلفونات الألكيل، مثل بوسلفان وتريوسولفان، بشكل أساسي أمراض تكاثر نقي العظم، وتعمل على إنتاج ترابط متقاطع بين الجوانين واليوريابورين، في حين لا يمكن إصلاح هذا التغيير عن طريق التدقيق الخلوي، مما يؤدي إلى موت الخلايا المبرمج.
3.2 الخصائص المضادة للميكروبات للمواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية الجوزاء
النوع الرئيسي من خافضات التوتر السطحي الكاتيونية التي تم تطويرها هو خافضات التوتر السطحي الجوزاءية من نوع ملح الأمونيوم الرباعي. المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية من نوع الأمونيوم الرباعي لها تأثير قوي مبيد للجراثيم نظرًا لوجود سلسلتين ألكان طويلتين كارهة للماء في جزيئات الفاعل بالسطح الباريوني من نوع الأمونيوم الرباعي، وتشكل السلاسل الكارهة للماء امتزازًا كارهًا للماء مع جدار الخلية (الببتيدوغليكان)؛ في الوقت نفسه، تحتوي على أيونات نيتروجين موجبة الشحنة، مما سيعزز امتصاص جزيئات الفاعل بالسطح على سطح البكتيريا سالبة الشحنة، ومن خلال الاختراق والانتشار، تخترق السلاسل الكارهة للماء بعمق في الطبقة الدهنية لغشاء الخلية البكتيرية، وتغير نفاذية غشاء الخلية مما يؤدي إلى تمزق البكتيريا، بالإضافة إلى المجموعات المحبة للماء في عمق البروتين، مما يؤدي إلى فقدان نشاط الإنزيم وتمسخ البروتين، بسبب التأثير المشترك لهذين التأثيرين، مما يجعل مبيد الفطريات له تأثير تأثير مبيد للجراثيم قوي.
ومع ذلك، من وجهة نظر بيئية، فإن هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي لها نشاط انحلالي وسمية للخلايا، كما أن وقت الاتصال الأطول مع الكائنات المائية والتحلل البيولوجي يمكن أن يزيد من سميتها.
3.3 الخصائص المضادة للبكتيريا للمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية في الجوزاء
يوجد حاليًا نوعان من المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية في الجوزاء، أحدهما مشتق من السكر والآخر هو إيثر الكحول وإيثر الفينول.
تعتمد الآلية المضادة للبكتيريا في المواد الخافضة للتوتر السطحي المشتقة من السكر على تقارب الجزيئات، ويمكن أن ترتبط المواد الخافضة للتوتر السطحي المشتقة من السكر بأغشية الخلايا، التي تحتوي على عدد كبير من الدهون الفوسفاتية. عندما يصل تركيز المواد الخافضة للتوتر السطحي من مشتقات السكر إلى مستوى معين، فإنه يغير نفاذية غشاء الخلية، وتشكل المسام والقنوات الأيونية، مما يؤثر على نقل المواد الغذائية وتبادل الغازات، مما يسبب تدفق المحتويات ويؤدي في النهاية إلى موت الخلية. بكتيريا.
تتمثل الآلية المضادة للبكتيريا للعوامل المضادة للميكروبات للإيثرات الفينولية والكحولية في العمل على جدار الخلية أو غشاء الخلية والإنزيمات، مما يمنع وظائف التمثيل الغذائي ويعطل وظائف التجدد. على سبيل المثال، الأدوية المضادة للميكروبات من إثيرات ثنائي الفينيل ومشتقاتها (الفينولات) مغمورة في الخلايا البكتيرية أو الفيروسية وتعمل من خلال جدار الخلية وغشاء الخلية، مما يثبط عمل ووظيفة الإنزيمات المرتبطة بتخليق الأحماض النووية والبروتينات، مما يحد من نمو وتكاثر البكتيريا. كما أنه يشل وظائف التمثيل الغذائي والجهاز التنفسي للإنزيمات داخل البكتيريا، والتي تفشل بعد ذلك.
3.4 الخصائص المضادة للبكتيريا لخافضات التوتر السطحي الجوزاء المذبذبة
المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية الأمفوتيرية هي فئة من المواد الخافضة للتوتر السطحي التي تحتوي على كاتيونات وأنيونات في تركيبها الجزيئي، ويمكن أن تتأين في محلول مائي، وتظهر خصائص المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية في حالة متوسطة وخافضة التوتر السطحي الكاتيونية في حالة متوسطة أخرى. إن آلية التثبيط البكتيري للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأمفوتيرية غير حاسمة، ولكن يُعتقد عمومًا أن التثبيط قد يكون مشابهًا لتلك الخاصة بخافضات التوتر السطحي الأمونيوم الرباعية، حيث يتم امتصاص المادة الخافضة للتوتر السطحي بسهولة على السطح البكتيري المشحون سالبًا وتتداخل مع التمثيل الغذائي البكتيري.
3.4.1 الخصائص المضادة للميكروبات للأحماض الأمينية الجوزاء السطحية
الفاعل بالسطح الباريوني من نوع الأحماض الأمينية هو خافض للتوتر السطحي الباريوني الكاتيوني مذبذب يتكون من اثنين من الأحماض الأمينية، لذا فإن آليته المضادة للميكروبات تشبه إلى حد كبير آلية الفاعل بالسطح الباريوني من نوع ملح الأمونيوم الرباعي. ينجذب الجزء المشحون إيجابيًا من المادة الخافضة للتوتر السطحي إلى الجزء المشحون سالبًا من السطح البكتيري أو الفيروسي بسبب التفاعل الكهروستاتيكي، وبعد ذلك ترتبط السلاسل الكارهة للماء بطبقة ثنائية الدهون، مما يؤدي إلى تدفق محتويات الخلية وتحللها حتى الموت. إنه يتمتع بمزايا كبيرة مقارنة بمواد الجوزاء الخافضة للتوتر السطحي القائمة على الأمونيوم: سهولة التحلل البيولوجي، وانخفاض نشاط الانحلال الدموي، وانخفاض السمية، لذلك يتم تطويره لتطبيقه ويتم توسيع مجال تطبيقه.
3.4.2 الخصائص المضادة للبكتيريا للمركبات الخافضة للتوتر السطحي من نوع الجوزاء من الأحماض الأمينية
تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاءية من النوع غير الأميني على بقايا جزيئية نشطة سطحيًا تحتوي على مراكز شحن موجبة وسالبة غير قابلة للتأين. إن المواد الخافضة للتوتر السطحي من نوع الجوزاء من الأحماض الأمينية الرئيسية هي البيتين، والإيميدازولين، وأكسيد الأمين. إذا أخذنا نوع البيتين كمثال، تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي من نوع البيتين على مجموعات أنيونية وكاتيونية في جزيئاتها، والتي لا تتأثر بسهولة بالأملاح غير العضوية ولها تأثيرات خافضة للتوتر السطحي في كل من المحاليل الحمضية والقلوية، والآلية المضادة للميكروبات لخافضات التوتر السطحي الكاتيونية الجوزاءية هي يتم اتباعها في المحاليل الحمضية وتلك الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء الأنيونية في المحاليل القلوية. كما أن لديها أداء مركب ممتاز مع أنواع أخرى من المواد الخافضة للتوتر السطحي.
04 الخاتمة والتوقعات
يتم استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي الجوزاء بشكل متزايد في الحياة بسبب بنيتها الخاصة، كما أنها تستخدم على نطاق واسع في مجالات التعقيم المضاد للبكتيريا، وإنتاج الغذاء، وإزالة الرغوة وتثبيط الرغوة، وبطء إطلاق الأدوية والتنظيف الصناعي. مع تزايد الطلب على حماية البيئة الخضراء، يتم تطوير المواد الخافضة للتوتر السطحي من Gemini تدريجيًا إلى مواد خافضة للتوتر السطحي صديقة للبيئة ومتعددة الوظائف. يمكن إجراء الأبحاث المستقبلية حول المواد الخافضة للتوتر السطحي من نوع جيميني في الجوانب التالية: تطوير مواد خافضة للتوتر السطحي جديدة من نوع جيميني ذات هياكل ووظائف خاصة، وخاصة تعزيز الأبحاث المتعلقة بمضادات البكتيريا والفيروسات؛ الدمج مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الشائعة أو المواد المضافة لتكوين منتجات ذات أداء أفضل؛ واستخدام مواد خام رخيصة ومتاحة بسهولة لتصنيع مواد خافضة للتوتر السطحي صديقة للبيئة.
وقت النشر: 25 مارس 2022