Αυτό το άρθρο εστιάζει στον αντιμικροβιακό μηχανισμό των τασιενεργών Gemini, οι οποίοι αναμένεται να είναι αποτελεσματικοί στη θανάτωση βακτηρίων και μπορούν να βοηθήσουν στην επιβράδυνση της εξάπλωσης νέων κοροναϊών.
Επιφανειοδραστικό, το οποίο είναι συστολή των φράσεων Surface, Active και Agent. Τα επιφανειοδραστικά είναι ουσίες που είναι δραστικές σε επιφάνειες και διεπαφές και έχουν πολύ υψηλή ικανότητα και αποτελεσματικότητα στη μείωση της επιφανειακής (οριακής) τάσης, σχηματίζοντας μοριακά διατεταγμένα συγκροτήματα σε διαλύματα πάνω από μια ορισμένη συγκέντρωση και επομένως έχουν μια σειρά λειτουργιών εφαρμογής. Τα επιφανειοδραστικά έχουν καλή διασπορά, διαβρεξιμότητα, ικανότητα γαλακτωματοποίησης και αντιστατικές ιδιότητες και έχουν γίνει βασικά υλικά για την ανάπτυξη πολλών τομέων, συμπεριλαμβανομένου του τομέα των λεπτών χημικών, και έχουν σημαντική συμβολή στη βελτίωση των διαδικασιών, στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και στην αύξηση της απόδοσης παραγωγής . Με την ανάπτυξη της κοινωνίας και τη συνεχή πρόοδο του παγκόσμιου βιομηχανικού επιπέδου, η εφαρμογή επιφανειοδραστικών ουσιών έχει σταδιακά εξαπλωθεί από χημικά καθημερινής χρήσης σε διάφορους τομείς της εθνικής οικονομίας, όπως αντιβακτηριακούς παράγοντες, πρόσθετα τροφίμων, νέα ενεργειακά πεδία, επεξεργασία ρύπων και βιοφαρμακευτικά.
Τα συμβατικά επιφανειοδραστικά είναι "αμφίφιλες" ενώσεις που αποτελούνται από πολικές υδρόφιλες ομάδες και μη πολικές υδρόφοβες ομάδες και οι μοριακές τους δομές φαίνονται στο Σχήμα 1(α).
Επί του παρόντος, με την ανάπτυξη της τελειοποίησης και της συστηματοποίησης στη μεταποιητική βιομηχανία, η ζήτηση για ιδιότητες επιφανειοδραστικών στην παραγωγική διαδικασία αυξάνεται σταδιακά, επομένως είναι σημαντικό να βρεθούν και να αναπτυχθούν επιφανειοδραστικές ουσίες με υψηλότερες επιφανειακές ιδιότητες και με ειδικές δομές. Η ανακάλυψη των τασιενεργών Gemini γεφυρώνει αυτά τα κενά και ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της βιομηχανικής παραγωγής. Ένα κοινό τασιενεργό Gemini είναι μια ένωση με δύο υδρόφιλες ομάδες (γενικά ιοντικές ή μη ιονικές με υδρόφιλες ιδιότητες) και δύο υδρόφοβες αλκυλικές αλυσίδες.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1(β), σε αντίθεση με τα συμβατικά επιφανειοδραστικά μονής αλυσίδας, τα τασιενεργά Gemini συνδέουν δύο υδρόφιλες ομάδες μεταξύ τους μέσω μιας συνδετικής ομάδας (διαχωριστής). Εν ολίγοις, η δομή ενός τασιενεργού Gemini μπορεί να γίνει κατανοητό ότι σχηματίζεται με έξυπνη σύνδεση δύο υδρόφιλων ομάδων κεφαλής ενός συμβατικού τασιενεργού μαζί με μια ομάδα σύνδεσης.
Η ειδική δομή του τασιενεργού Gemini οδηγεί στην υψηλή επιφανειακή του δραστηριότητα, η οποία οφείλεται κυρίως στα:
(1) το ενισχυμένο υδρόφοβο αποτέλεσμα των δύο υδρόφοβων αλυσίδων ουράς του μορίου του τασιενεργού Gemini και η αυξημένη τάση του τασιενεργού να εγκαταλείπει το υδατικό διάλυμα.
(2) Η τάση των υδρόφιλων ομάδων κεφαλής να διαχωρίζονται μεταξύ τους, ειδικά οι ιοντικές ομάδες κεφαλής λόγω ηλεκτροστατικής απώθησης, εξασθενεί σημαντικά από την επίδραση του διαχωριστή.
(3) Η ειδική δομή των τασιενεργών Gemini επηρεάζει τη συμπεριφορά συσσωμάτωσης τους σε υδατικό διάλυμα, δίνοντάς τους μια πιο περίπλοκη και μεταβλητή μορφολογία συσσωμάτωσης.
Τα τασιενεργά Gemini έχουν υψηλότερη επιφανειακή (οριακή) δραστηριότητα, χαμηλότερη κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλίων, καλύτερη διαβρεξιμότητα, ικανότητα γαλακτωματοποίησης και αντιβακτηριακή ικανότητα σε σύγκριση με τα συμβατικά επιφανειοδραστικά. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη και η χρήση των τασιενεργών Gemini έχουν μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη και εφαρμογή επιφανειοδραστικών ουσιών.
Η «αμφίφιλη δομή» των συμβατικών τασιενεργών τους προσδίδει μοναδικές επιφανειακές ιδιότητες. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1(γ), όταν ένα συμβατικό επιφανειοδραστικό προστίθεται στο νερό, η υδρόφιλη ομάδα κεφαλής τείνει να διαλύεται μέσα στο υδατικό διάλυμα και η υδρόφοβη ομάδα αναστέλλει τη διάλυση του μορίου επιφανειοδραστικού στο νερό. Κάτω από τη συνδυασμένη επίδραση αυτών των δύο τάσεων, τα μόρια τασιενεργού εμπλουτίζονται στη διεπιφάνεια αερίου-υγρού και υφίστανται μια τακτική διάταξη, μειώνοντας έτσι την επιφανειακή τάση του νερού. Σε αντίθεση με τα συμβατικά επιφανειοδραστικά, τα Gemini επιφανειοδραστικά είναι "διμερή" που συνδέουν τα συμβατικά τασιενεργά μεταξύ τους μέσω ομάδων διαχωριστών, οι οποίες μπορούν να μειώσουν την επιφανειακή τάση του νερού και της διεπιφανειακής τάσης λαδιού/νερού πιο αποτελεσματικά. Επιπλέον, τα Gemini Surfactants έχουν χαμηλότερες κρίσιμες συγκεντρώσεις μικκυλίων, καλύτερη υδατοδιαλυτότητα, γαλακτωματοποίηση, αφρισμό, διαβροχή και αντιβακτηριδιακές ιδιότητες.
| Εισαγωγή των τασιενεργών Gemini Το 1991, οι Menger και Littau [13] παρασκεύασαν το πρώτο τασιενεργό δι-αλκυλικής αλυσίδας με μια ομάδα άκαμπτου δεσμού και το ονόμασαν "Τσιενεργό Gemini". Την ίδια χρονιά, οι Zana et al [14] ετοίμασαν μια σειρά επιφανειοδραστικών άλατος τεταρτοταγούς αμμωνίου Gemini για πρώτη φορά και ερεύνησαν συστηματικά τις ιδιότητες αυτής της σειράς επιφανειοδραστικών άλατος τεταρτοταγούς αμμωνίου Gemini. Το 1996, οι ερευνητές γενίκευσαν και συζήτησαν την επιφανειακή (οριακή) συμπεριφορά, τις ιδιότητες συσσωμάτωσης, τη ρεολογία του διαλύματος και τη συμπεριφορά φάσης διαφορετικών τασιενεργών Gemini όταν συνδυάζονται με συμβατικά επιφανειοδραστικά. Το 2002, ο Zana [15] ερεύνησε την επίδραση διαφορετικών ομάδων σύνδεσης στη συμπεριφορά συσσωμάτωσης των τασιενεργών Gemini σε υδατικό διάλυμα, μια εργασία που προώθησε πολύ την ανάπτυξη επιφανειοδραστικών ουσιών και ήταν μεγάλης σημασίας. Αργότερα, οι Qiu et al [16] επινόησαν μια νέα μέθοδο για τη σύνθεση επιφανειοδραστικών ουσιών Gemini που περιέχουν ειδικές δομές με βάση το βρωμιούχο κετύλιο και την 4-αμινο-3,5-διυδροξυμεθυλ-1,2,4-τριαζόλη, η οποία εμπλούτισε περαιτέρω τον τρόπο Σύνθεση τασιενεργών Gemini. |
Η έρευνα για τις επιφανειοδραστικές ουσίες Gemini στην Κίνα ξεκίνησε αργά. Το 1999, ο Jianxi Zhao από το Πανεπιστήμιο Fuzhou έκανε μια συστηματική ανασκόπηση της ξένης έρευνας για τα Gemini Surfactants και τράβηξε την προσοχή πολλών ερευνητικών ιδρυμάτων στην Κίνα. Μετά από αυτό, η έρευνα για τα επιφανειοδραστικά Gemini στην Κίνα άρχισε να ανθίζει και πέτυχε καρποφόρα αποτελέσματα. Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν αφοσιωθεί στην ανάπτυξη νέων τασιενεργών Gemini και στη μελέτη των σχετικών φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους. Ταυτόχρονα, οι εφαρμογές των Gemini Surfactants αναπτύχθηκαν σταδιακά στους τομείς της αποστείρωσης και αντιβακτηριδιακής, παραγωγής τροφίμων, αφαίρεσης αφρού και αναστολής αφρού, φαρμακευτικής βραδείας αποδέσμευσης και βιομηχανικού καθαρισμού. Με βάση το εάν οι υδρόφιλες ομάδες στα μόρια των επιφανειοδραστικών είναι φορτισμένες ή όχι και τον τύπο φορτίου που φέρουν, τα Τασιενεργά Gemini μπορούν να χωριστούν στις ακόλουθες κατηγορίες: κατιονικά, ανιονικά, μη ιονικά και αμφοτερικά τασιενεργά Gemini. Μεταξύ αυτών, τα κατιονικά τασιενεργά Gemini αναφέρονται γενικά σε τεταρτοταγή αμμωνία ή άλας αμμωνίου Gemini επιφανειοδραστικά, τα ανιονικά τασιενεργά Gemini αναφέρονται κυρίως σε επιφανειοδραστικά Gemini των οποίων οι υδρόφιλες ομάδες είναι σουλφονικό οξύ, φωσφορικό και καρβοξυλικό οξύ, ενώ τα μη ιονικά τασιενεργά Gemini είναι ως επί το πλείστον τασιενεργά Gemini.
1.1 Κατιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες Gemini
Τα κατιονικά τασιενεργά Gemini μπορούν να διαχωρίσουν κατιόντα σε υδατικά διαλύματα, κυρίως αμμώνιο και άλας τεταρτοταγούς αμμωνίου Τασιενεργά Gemini. Τα κατιονικά τασιενεργά Gemini έχουν καλή βιοδιασπασιμότητα, ισχυρή ικανότητα απολύμανσης, σταθερές χημικές ιδιότητες, χαμηλή τοξικότητα, απλή δομή, εύκολη σύνθεση, εύκολο διαχωρισμό και καθαρισμό και επίσης έχουν βακτηριοκτόνες ιδιότητες, αντιδιαβρωτικές, αντιστατικές ιδιότητες και απαλότητα.
Τα επιφανειοδραστικά Gemini με βάση το άλας τεταρτοταγούς αμμωνίου παρασκευάζονται γενικά από τριτοταγείς αμίνες με αντιδράσεις αλκυλίωσης. Υπάρχουν δύο κύριες συνθετικές μέθοδοι ως εξής: η μία είναι η τεταρτοταγοποίηση των διβρωμο-υποκατεστημένων αλκανίων και των αλκυλοδιμεθυλο τριτοταγών αμινών μονής μακράς αλυσίδας. Το άλλο είναι να τεταρτοταγοποιηθούν 1-βρωμο-υποκατεστημένα μακράς αλυσίδας αλκάνια και Ν,Ν,Ν',Ν'-τετραμεθυλαλκυλοδιαμίνες με άνυδρη αιθανόλη ως διαλύτη και αναρροή θέρμανσης. Ωστόσο, τα διβρωμο-υποκατεστημένα αλκάνια είναι πιο ακριβά και συνήθως συντίθενται με τη δεύτερη μέθοδο και η εξίσωση της αντίδρασης φαίνεται στο Σχήμα 2.
1.2 Ανιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες Gemini
Τα ανιονικά τασιενεργά Gemini μπορούν να διαχωρίσουν ανιόντα σε υδατικό διάλυμα, κυρίως σουλφονικά, θειικά άλατα, καρβοξυλικά και φωσφορικά άλατα τύπου Gemini Surfactants. Τα ανιονικά επιφανειοδραστικά έχουν καλύτερες ιδιότητες όπως απολύμανση, αφρισμός, διασπορά, γαλακτωματοποίηση και διαβροχή και χρησιμοποιούνται ευρέως ως απορρυπαντικά, παράγοντες αφρισμού, παράγοντες διαβροχής, γαλακτωματοποιητές και παράγοντες διασποράς.
1.2.1 Σουλφονικά
Τα βιοεπιφανειοδραστικά με βάση σουλφονικά έχουν τα πλεονεκτήματα της καλής διαλυτότητας στο νερό, της καλής διαβρεξιμότητας, της καλής αντοχής στη θερμοκρασία και στα άλατα, καλή απορρυπαντικότητα και ισχυρή ικανότητα διασποράς και χρησιμοποιούνται ευρέως ως απορρυπαντικά, παράγοντες αφρισμού, παράγοντες διαβροχής, γαλακτωματοποιητές και διασκορπιστικά στο πετρέλαιο. κλωστοϋφαντουργία και χημικά καθημερινής χρήσης λόγω των σχετικά ευρέων πηγών πρώτων υλών, των απλών διαδικασιών παραγωγής και του χαμηλού κόστους. Οι Li et al συνέθεσαν μια σειρά νέων τασιενεργών διαλκυλοδισουλφονικού οξέος Gemini (2Cn-SCT), ένα τυπικό βαρυονικό τασιενεργό τύπου σουλφονικού, χρησιμοποιώντας τριχλωραμίνη, αλειφατική αμίνη και ταυρίνη ως πρώτες ύλες σε μια αντίδραση τριών σταδίων.
1.2.2 Θειικά άλατα
Τα διπλά επιφανειοδραστικά άλατα θειικού εστέρα έχουν τα πλεονεκτήματα της εξαιρετικά χαμηλής επιφανειακής τάσης, της υψηλής επιφανειακής δραστηριότητας, της καλής υδατοδιαλυτότητας, της ευρείας πηγής πρώτων υλών και της σχετικά απλής σύνθεσης. Έχει επίσης καλή απόδοση πλύσης και ικανότητα αφρισμού, σταθερή απόδοση σε σκληρό νερό και τα άλατα θειικού εστέρα είναι ουδέτερα ή ελαφρώς αλκαλικά σε υδατικό διάλυμα. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, οι Sun Dong et al χρησιμοποίησαν λαυρικό οξύ και πολυαιθυλενογλυκόλη ως κύριες πρώτες ύλες και πρόσθεσαν δεσμούς θειικού εστέρα μέσω αντιδράσεων υποκατάστασης, εστεροποίησης και προσθήκης, συνθέτοντας έτσι το βαρυονικό τασιενεργό τύπου θειικού εστέρα-GA12-S-12.
1.2.3 Άλατα καρβοξυλικού οξέος
Τα επιφανειοδραστικά Gemini με βάση τα καρβοξυλικά είναι συνήθως ήπια, πράσινα, εύκολα βιοαποικοδομήσιμα και έχουν πλούσια πηγή φυσικών πρώτων υλών, υψηλές ιδιότητες χηλικοποίησης μετάλλων, καλή αντοχή στο σκληρό νερό και διασπορά σαπουνιού ασβεστίου, καλές ιδιότητες αφρισμού και διαβροχής και χρησιμοποιούνται ευρέως στη φαρμακευτική. κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, εκλεκτά χημικά και άλλα πεδία. Η εισαγωγή αμιδικών ομάδων σε βιοεπιφανειοδραστικά με βάση καρβοξυλικά μπορεί να ενισχύσει τη βιοαποδομησιμότητα των μορίων τασιενεργών και επίσης να τα κάνει να έχουν καλές ιδιότητες διαβροχής, γαλακτωματοποίησης, διασποράς και απολύμανσης. Οι Mei et al συνέθεσαν ένα βαρυονικό επιφανειοδραστικό CGS-2 με βάση καρβοξυλικό που περιέχει αμιδικές ομάδες χρησιμοποιώντας δωδεκυλαμίνη, διβρωμοαιθάνιο και ηλεκτρικό ανυδρίτη ως πρώτες ύλες.
1.2.4 Φωσφορικά άλατα
Τα επιφανειοδραστικά φωσφορικά άλατα τύπου Gemini έχουν παρόμοια δομή με τα φυσικά φωσφολιπίδια και είναι επιρρεπή στο σχηματισμό δομών όπως αντίστροφα μικκύλια και κυστίδια. Τα επιφανειοδραστικά Gemini τύπου άλατος φωσφορικού εστέρα έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως ως αντιστατικοί παράγοντες και απορρυπαντικά πλυντηρίων ρούχων, ενώ οι υψηλές ιδιότητες γαλακτωματοποίησης και ο σχετικά χαμηλός ερεθισμός τους έχουν οδηγήσει στην ευρεία χρήση τους στην προσωπική περιποίηση του δέρματος. Ορισμένοι φωσφορικοί εστέρες μπορεί να είναι αντικαρκινικοί, αντικαρκινικοί και αντιβακτηριδακοί και έχουν αναπτυχθεί δεκάδες φάρμακα. Τα βιοεπιφανειοδραστικά τύπου άλατος φωσφορικού εστέρα έχουν υψηλές ιδιότητες γαλακτωματοποίησης για φυτοφάρμακα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο ως αντιβακτηριακά και εντομοκτόνα αλλά και ως ζιζανιοκτόνα. Οι Zheng et al μελέτησαν τη σύνθεση του άλατος φωσφορικού εστέρα Gemini Τασιενεργά από P2O5 και ολιγομερείς διόλες με βάση ορθο-quat, που έχουν καλύτερη διαβροχή, καλές αντιστατικές ιδιότητες και μια σχετικά απλή διαδικασία σύνθεσης με ήπιες συνθήκες αντίδρασης. Ο μοριακός τύπος του βαρυονικού τασιενεργού άλατος φωσφορικού καλίου φαίνεται στο Σχήμα 4.
1.3 Μη ιοντικές επιφανειοδραστικές ουσίες Gemini
Τα μη ιονικά τασιενεργά Gemini δεν μπορούν να διαχωριστούν σε υδατικό διάλυμα και υπάρχουν σε μοριακή μορφή. Αυτός ο τύπος βαρυονικού τασιενεργού έχει μελετηθεί λιγότερο μέχρι στιγμής και υπάρχουν δύο τύποι, ο ένας είναι παράγωγο σακχάρου και ο άλλος είναι αιθέρας αλκοόλης και φαινολαιθέρας. Τα μη ιονικά τασιενεργά Gemini δεν υπάρχουν σε ιοντική κατάσταση σε διάλυμα, επομένως έχουν υψηλή σταθερότητα, δεν επηρεάζονται εύκολα από ισχυρούς ηλεκτρολύτες, έχουν καλή πολυπλοκότητα με άλλους τύπους επιφανειοδραστικών ουσιών και έχουν καλή διαλυτότητα. Ως εκ τούτου, τα μη ιονικά επιφανειοδραστικά έχουν διάφορες ιδιότητες όπως καλή απορρυπαντικότητα, ικανότητα διασποράς, γαλακτωματοποίηση, αφρισμό, διαβρεξιμότητα, αντιστατική ιδιότητα και αποστείρωση και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως σε διάφορες πτυχές όπως φυτοφάρμακα και επικαλύψεις. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 5, το 2004, οι FitzGerald et al συνέθεσαν τασιενεργά Gemini με βάση το πολυοξυαιθυλένιο (μη ιονικά επιφανειοδραστικά), των οποίων η δομή εκφράστηκε ως (Cn-2H2n-3CHCH2O(CH2CH2O)mH)2(CH2)6 (ή GemnEm).
02 Φυσικοχημικές ιδιότητες των τασιενεργών Gemini
2.1 Δραστηριότητα των τασιενεργών Gemini
Ο απλούστερος και πιο άμεσος τρόπος αξιολόγησης της επιφανειακής δραστηριότητας των επιφανειοδραστικών ουσιών είναι η μέτρηση της επιφανειακής τάσης των υδατικών διαλυμάτων τους. Κατ' αρχήν, τα επιφανειοδραστικά μειώνουν την επιφανειακή τάση ενός διαλύματος με προσανατολισμένη διάταξη στο επίπεδο επιφάνειας (οριακό) (Εικόνα 1(γ)). Η κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλίων (CMC) των τασιενεργών Gemini είναι κατά περισσότερο από δύο τάξεις μεγέθους μικρότερη και η τιμή C20 είναι σημαντικά χαμηλότερη σε σύγκριση με τα συμβατικά επιφανειοδραστικά με παρόμοια δομή. Το μόριο βαρυονικού επιφανειοδραστικού έχει δύο υδρόφιλες ομάδες που το βοηθούν να διατηρεί καλή διαλυτότητα στο νερό ενώ έχει μακριές υδρόφοβες μακριές αλυσίδες. Στη διεπιφάνεια νερού/αέρα, τα συμβατικά επιφανειοδραστικά είναι χαλαρά διατεταγμένα λόγω του φαινομένου αντίστασης στη χωρική θέση και της απώθησης ομοιογενών φορτίων στα μόρια, αποδυναμώνοντας έτσι την ικανότητά τους να μειώνουν την επιφανειακή τάση του νερού. Αντίθετα, οι συνδετικές ομάδες των επιφανειοδραστικών Gemini συνδέονται ομοιοπολικά έτσι ώστε η απόσταση μεταξύ των δύο υδρόφιλων ομάδων να διατηρείται σε μικρό εύρος (πολύ μικρότερη από την απόσταση μεταξύ των υδρόφιλων ομάδων των συμβατικών επιφανειοδραστικών ουσιών), με αποτέλεσμα καλύτερη δράση των τασιενεργών Gemini σε η επιφάνεια (όριο).
2.2 Δομή συναρμολόγησης επιφανειοδραστικών Gemini
Στα υδατικά διαλύματα, καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση του βαρυονικού επιφανειοδραστικού, τα μόριά του κορέσουν την επιφάνεια του διαλύματος, το οποίο με τη σειρά του αναγκάζει άλλα μόρια να μεταναστεύσουν στο εσωτερικό του διαλύματος για να σχηματίσουν μικκύλια. Η συγκέντρωση στην οποία το τασιενεργό αρχίζει να σχηματίζει μικκύλια ονομάζεται κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλίου (CMC). Όπως φαίνεται στο Σχήμα 9, αφού η συγκέντρωση είναι μεγαλύτερη από το CMC, σε αντίθεση με τα συμβατικά επιφανειοδραστικά που συσσωματώνονται για να σχηματίσουν σφαιρικά μικκύλια, τα Τασιενεργά Gemini παράγουν μια ποικιλία μορφολογιών μικκυλίων, όπως γραμμικές και διπλοστοιβάδες δομές, λόγω των δομικών τους χαρακτηριστικών. Οι διαφορές στο μέγεθος, το σχήμα και την ενυδάτωση των μικκυλίων έχουν άμεσο αντίκτυπο στη συμπεριφορά φάσης και τις ρεολογικές ιδιότητες του διαλύματος και επίσης οδηγούν σε αλλαγές στην ιξωδοελαστικότητα του διαλύματος. Τα συμβατικά τασιενεργά, όπως τα ανιονικά τασιενεργά (SDS), συνήθως σχηματίζουν σφαιρικά μικκύλια, τα οποία δεν έχουν σχεδόν καμία επίδραση στο ιξώδες του διαλύματος. Ωστόσο, η ειδική δομή των τασιενεργών Gemini οδηγεί στο σχηματισμό πιο πολύπλοκης μορφολογίας μικκυλίων και οι ιδιότητες των υδατικών διαλυμάτων τους διαφέρουν σημαντικά από αυτές των συμβατικών επιφανειοδραστικών ουσιών. Το ιξώδες των υδατικών διαλυμάτων των τασιενεργών Gemini αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης των τασιενεργών Gemini, πιθανώς επειδή τα σχηματισμένα γραμμικά μικκύλια συμπλέκονται σε μια δομή που μοιάζει με ιστό. Ωστόσο, το ιξώδες του διαλύματος μειώνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης τασιενεργού, πιθανώς λόγω της διάσπασης της δομής του ιστού και του σχηματισμού άλλων δομών μικκυλίου.
03 Αντιμικροβιακές ιδιότητες επιφανειοδραστικών ουσιών Gemini
Ως είδος οργανικού αντιμικροβιακού παράγοντα, ο αντιμικροβιακός μηχανισμός του βαρυονικού επιφανειοδραστικού είναι κυρίως ότι συνδυάζεται με ανιόντα στην επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης μικροοργανισμών ή αντιδρά με σουλφυδρυλικές ομάδες για να διαταράξει την παραγωγή των πρωτεϊνών και των κυτταρικών μεμβρανών τους, καταστρέφοντας έτσι τους μικροβιακούς ιστούς για να αναστέλλει ή σκοτώνουν μικροοργανισμούς.
3.1 Αντιμικροβιακές ιδιότητες ανιονικών τασιενεργών Gemini
Οι αντιμικροβιακές ιδιότητες των αντιμικροβιακών ανιονικών επιφανειοδραστικών ουσιών καθορίζονται κυρίως από τη φύση των αντιμικροβιακών τμημάτων που φέρουν. Σε κολλοειδή διαλύματα όπως φυσικά λάτεξ και επικαλύψεις, οι υδρόφιλες αλυσίδες συνδέονται με υδατοδιαλυτά μέσα διασποράς και οι υδρόφοβες αλυσίδες θα δεσμεύονται σε υδρόφοβες διασπορές με κατευθυντική προσρόφηση, μετατρέποντας έτσι τη διφασική διεπιφάνεια σε μια πυκνή μοριακή διεπιφανειακή μεμβράνη. Οι βακτηριακές ανασταλτικές ομάδες σε αυτό το πυκνό προστατευτικό στρώμα αναστέλλουν την ανάπτυξη βακτηρίων.
Ο μηχανισμός βακτηριακής αναστολής των ανιονικών τασιενεργών είναι θεμελιωδώς διαφορετικός από αυτόν των κατιονικών τασιενεργών. Η βακτηριακή αναστολή των ανιονικών τασιενεργών σχετίζεται με το σύστημα διαλύματός τους και τις ομάδες αναστολής, επομένως αυτός ο τύπος τασιενεργού μπορεί να περιοριστεί. Αυτός ο τύπος επιφανειοδραστικής ουσίας πρέπει να υπάρχει σε επαρκή επίπεδα, έτσι ώστε η επιφανειοδραστική ουσία να υπάρχει σε κάθε γωνία του συστήματος για να παράγει ένα καλό μικροβιοκτόνο αποτέλεσμα. Ταυτόχρονα, αυτού του είδους τα επιφανειοδραστικά στερούνται εντοπισμού και στόχευσης, γεγονός που όχι μόνο προκαλεί περιττή σπατάλη, αλλά δημιουργεί και αντίσταση για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Για παράδειγμα, βιοεπιφανειοδραστικά με βάση το αλκυλοσουλφονικό έχουν χρησιμοποιηθεί στην κλινική ιατρική. Τα αλκυλοσουλφονικά, όπως το Busulfan και το Treosulfan, θεραπεύουν κυρίως μυελοπολλαπλασιαστικές ασθένειες, δρώντας παράγοντας διασταυρούμενη σύνδεση μεταξύ γουανίνης και ουρεαπουρίνης, ενώ αυτή η αλλαγή δεν μπορεί να επιδιορθωθεί με κυτταρική διόρθωση, με αποτέλεσμα τον αποπτωτικό κυτταρικό θάνατο.
3.2 Αντιμικροβιακές ιδιότητες κατιονικών τασιενεργών Gemini
Ο κύριος τύπος κατιονικών τασιενεργών Gemini που αναπτύχθηκε είναι τα τασιενεργά τύπου άλατος τεταρτοταγούς αμμωνίου Gemini. Τα κατιονικά τασιενεργά τύπου τεταρτοταγούς αμμωνίου Gemini έχουν ισχυρή βακτηριοκτόνο δράση επειδή υπάρχουν δύο υδρόφοβες μακριές αλκανικές αλυσίδες σε μόρια βαρυονικού επιφανειοδραστικού τύπου τεταρτοταγούς αμμωνίου και οι υδρόφοβες αλυσίδες σχηματίζουν υδρόφοβη προσρόφηση με το κυτταρικό τοίχωμα (πεπτιδογλυκάνη). Ταυτόχρονα, περιέχουν δύο θετικά φορτισμένα ιόντα αζώτου, τα οποία θα προάγουν την προσρόφηση μορίων τασιενεργού στην επιφάνεια αρνητικά φορτισμένων βακτηρίων και μέσω της διείσδυσης και της διάχυσης, οι υδρόφοβες αλυσίδες διεισδύουν βαθιά στο λιπιδικό στρώμα της βακτηριακής κυτταρικής μεμβράνης. διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης, που οδηγεί στη ρήξη του βακτηρίου, εκτός από τις υδρόφιλες ομάδες βαθιά μέσα στην πρωτεΐνη, που οδηγεί σε απώλεια της ενζυμικής δραστηριότητας και μετουσίωσης της πρωτεΐνης, λόγω της συνδυασμένης επίδρασης αυτών των δύο επιδράσεων, κάνοντας το μυκητοκτόνο να έχει ισχυρή βακτηριοκτόνο δράση.
Ωστόσο, από περιβαλλοντική άποψη, αυτά τα επιφανειοδραστικά έχουν αιμολυτική δράση και κυτταροτοξικότητα και μεγαλύτερος χρόνος επαφής με υδρόβιους οργανισμούς και η βιοαποδόμηση μπορεί να αυξήσει την τοξικότητά τους.
3.3 Αντιβακτηριακές ιδιότητες μη ιονικών τασιενεργών Gemini
Υπάρχουν επί του παρόντος δύο τύποι μη ιονικών επιφανειοδραστικών Gemini, ο ένας είναι παράγωγο σακχάρου και ο άλλος είναι αιθέρας αλκοόλης και φαινολαιθέρας.
Ο αντιβακτηριακός μηχανισμός των βιοεπιφανειοδραστικών που προέρχονται από τη ζάχαρη βασίζεται στη συγγένεια των μορίων και τα επιφανειοδραστικά που προέρχονται από τη ζάχαρη μπορούν να συνδεθούν με τις κυτταρικές μεμβράνες, οι οποίες περιέχουν μεγάλο αριθμό φωσφολιπιδίων. Όταν η συγκέντρωση των επιφανειοδραστικών παραγώγων ζάχαρης φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, αλλάζει τη διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης, σχηματίζοντας πόρους και κανάλια ιόντων, γεγονός που επηρεάζει τη μεταφορά θρεπτικών ουσιών και την ανταλλαγή αερίων, προκαλώντας την εκροή των περιεχομένων και τελικά οδηγεί στο θάνατο του βακτήριο.
Ο αντιβακτηριακός μηχανισμός των αντιμικροβιακών παραγόντων φαινολικών και αλκοολικών αιθέρων είναι να δρουν στο κυτταρικό τοίχωμα ή στην κυτταρική μεμβράνη και στα ένζυμα, εμποδίζοντας τις μεταβολικές λειτουργίες και διαταράσσοντας τις αναγεννητικές λειτουργίες. Για παράδειγμα, τα αντιμικροβιακά φάρμακα των διφαινυλαιθέρων και των παραγώγων τους (φαινόλες) βυθίζονται σε βακτηριακά ή ιικά κύτταρα και δρουν μέσω του κυτταρικού τοιχώματος και της κυτταρικής μεμβράνης, αναστέλλοντας τη δράση και τη λειτουργία των ενζύμων που σχετίζονται με τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών, περιορίζοντας την ανάπτυξη και αναπαραγωγή βακτηρίων. Επίσης, παραλύει τις μεταβολικές και αναπνευστικές λειτουργίες των ενζύμων μέσα στα βακτήρια, τα οποία στη συνέχεια αποτυγχάνουν.
3.4 Αντιβακτηριακές ιδιότητες των αμφοτερικών τασιενεργών Gemini
Τα αμφοτερικά τασιενεργά Gemini είναι μια κατηγορία επιφανειοδραστικών ουσιών που έχουν τόσο κατιόντα όσο και ανιόντα στη μοριακή τους δομή, μπορούν να ιονίζονται σε υδατικό διάλυμα και να επιδεικνύουν τις ιδιότητες των ανιονικών τασιενεργών σε μια κατάσταση μέσου και των κατιονικών επιφανειοδραστικών σε μια άλλη κατάσταση μέσου. Ο μηχανισμός βακτηριακής αναστολής των αμφοτερικών επιφανειοδραστικών είναι ασαφής, αλλά γενικά πιστεύεται ότι η αναστολή μπορεί να είναι παρόμοια με εκείνη των επιφανειοδραστικών τεταρτοταγών αμμωνίου, όπου το επιφανειοδραστικό απορροφάται εύκολα στην αρνητικά φορτισμένη βακτηριακή επιφάνεια και παρεμβαίνει στον βακτηριακό μεταβολισμό.
3.4.1 Αντιμικροβιακές ιδιότητες των τασιενεργών αμινοξέων Gemini
Το βαρυονικό επιφανειοδραστικό τύπου αμινοξέος είναι ένα κατιονικό αμφοτερικό βαρυονικό τασιενεργό που αποτελείται από δύο αμινοξέα, επομένως ο αντιμικροβιακός μηχανισμός του είναι περισσότερο παρόμοιος με αυτόν του βαρυονικού τασιενεργού τύπου άλατος τεταρτοταγούς αμμωνίου. Το θετικά φορτισμένο μέρος της επιφανειοδραστικής ουσίας έλκεται στο αρνητικά φορτισμένο τμήμα της βακτηριακής ή ιικής επιφάνειας λόγω ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης, και στη συνέχεια οι υδρόφοβες αλυσίδες συνδέονται με τη λιπιδική διπλή στιβάδα, οδηγώντας σε εκροή των περιεχομένων των κυττάρων και λύση μέχρι θανάτου. Έχει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των τασιενεργών Gemini με βάση το τεταρτοταγές αμμώνιο: εύκολη βιοδιασπασιμότητα, χαμηλή αιμολυτική δράση και χαμηλή τοξικότητα, επομένως αναπτύσσεται για την εφαρμογή του και διευρύνεται το πεδίο εφαρμογής του.
3.4.2 Αντιβακτηριακές ιδιότητες επιφανειοδραστικών μη αμινοξέων τύπου Gemini
Τα αμφοτερικά επιφανειοδραστικά Gemini τύπου μη αμινοξέος έχουν επιφανειακά ενεργά μοριακά υπολείμματα που περιέχουν τόσο μη ιονιζόμενα θετικά όσο και αρνητικά κέντρα φορτίου. Τα κύρια μη αμινοξέα τύπου Gemini τασιενεργά είναι η βεταΐνη, η ιμιδαζολίνη και το αμινοξείδιο. Λαμβάνοντας για παράδειγμα τον τύπο βεταϊνης, τα αμφοτερικά επιφανειοδραστικά τύπου βεταϊνης έχουν τόσο ανιονικές όσο και κατιονικές ομάδες στα μόριά τους, οι οποίες δεν επηρεάζονται εύκολα από τα ανόργανα άλατα και έχουν επιφανειοδραστική δράση τόσο σε όξινα όσο και σε αλκαλικά διαλύματα και ο αντιμικροβιακός μηχανισμός των κατιονικών τασιενεργών Gemini είναι ακολουθείται στα όξινα διαλύματα και αυτό των ανιονικών τασιενεργών Gemini σε αλκαλικά διαλύματα. Έχει επίσης εξαιρετική απόδοση σύνθεσης με άλλους τύπους επιφανειοδραστικών.
04 Συμπέρασμα και προοπτική
Οι επιφανειοδραστικές ουσίες Gemini χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο στη ζωή λόγω της ειδικής δομής τους και χρησιμοποιούνται ευρέως στους τομείς της αντιβακτηριακής αποστείρωσης, της παραγωγής τροφίμων, της αφαίρεσης αφρού και της αναστολής αφρού, της βραδείας αποδέσμευσης φαρμάκων και του βιομηχανικού καθαρισμού. Με την αυξανόμενη ζήτηση για προστασία του πράσινου περιβάλλοντος, οι επιφανειοδραστικές ουσίες Gemini εξελίσσονται σταδιακά σε φιλικές προς το περιβάλλον και πολυλειτουργικές επιφανειοδραστικές ουσίες. Η μελλοντική έρευνα για τα Gemini επιφανειοδραστικά μπορεί να διεξαχθεί στις ακόλουθες πτυχές: ανάπτυξη νέων τασιενεργών Gemini με ειδικές δομές και λειτουργίες, ιδίως ενίσχυση της έρευνας για αντιβακτηριακά και αντιικά. σύνθεση με κοινές επιφανειοδραστικές ουσίες ή πρόσθετα για τη δημιουργία προϊόντων με καλύτερη απόδοση. και χρησιμοποιώντας φθηνές και εύκολα διαθέσιμες πρώτες ύλες για τη σύνθεση φιλικών προς το περιβάλλον επιφανειοδραστικών Gemini.
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-25-2022