מאמר זה מתמקד במנגנון האנטי-מיקרוביאלי של ג'מיני Surfactants, אשר צפויים להיות יעילים בהריגת חיידקים ויכולים לספק מעט עזרה בהאטת התפשטות נגיפים חדשים.
Surfactant, שהוא כיווץ של הביטויים Surface, Active ו-Agent. חומרים פעילים שטחיים הם חומרים פעילים על משטחים וממשקים ובעלי יכולת ויעילות גבוהה מאוד בהפחתת מתח פני (גבול), יצירת מכלולים מסודרים מולקולרית בתמיסות מעל ריכוז מסוים ובכך בעלי מגוון פונקציות יישום. חומרים פעילי שטח הם בעלי יכולת פיזור טובה, הרטבה, יכולת אמולסיציה ותכונות אנטי-סטטיות, והפכו לחומרי מפתח לפיתוח תחומים רבים, לרבות תחום הכימיקלים העדינים, ויש להם תרומה משמעותית בשיפור תהליכים, הפחתת צריכת אנרגיה והגברת יעילות הייצור. . עם התפתחות החברה וההתקדמות המתמשכת של הרמה התעשייתית בעולם, היישום של חומרים פעילי שטח התפשט בהדרגה מכימיקלים בשימוש יומיומי לתחומים שונים של הכלכלה הלאומית, כגון חומרים אנטיבקטריאליים, תוספי מזון, שדות אנרגיה חדשים, טיפול במזהמים. ביו-פרמצבטיקה.
חומרים פעילי שטח קונבנציונליים הם תרכובות "אמפיפיליות" המורכבות מקבוצות הידרופיליות קוטביות וקבוצות הידרופוביות לא קוטביות, והמבנים המולקולריים שלהן מוצגים באיור 1(א).
כיום, עם התפתחות השכלול והסיסטמטיזציה בתעשיית הייצור, הביקוש לתכונות פעילי שטח בתהליך הייצור עולה בהדרגה, ולכן חשוב למצוא ולפתח פעילי שטח בעלי תכונות פני שטח גבוהות יותר ובעלי מבנים מיוחדים. הגילוי של Gemini Surfactants מגשר על פערים אלה ועונה על הדרישות של ייצור תעשייתי. חומר פעיל תאומים נפוץ הוא תרכובת עם שתי קבוצות הידרופיליות (בדרך כלל יוניות או לא-יוניות עם תכונות הידרופיליות) ושתי שרשראות אלקיל הידרופוביות.
כפי שמוצג באיור 1(ב), בניגוד לחומרי שטח קונבנציונליים בעלי שרשרת אחת, ג'מיני Surfactants מקשרים בין שתי קבוצות הידרופיליות באמצעות קבוצה מקשרת (מרווח). בקיצור, ניתן להבין את המבנה של חומר פעיל שטח תאומים שנוצר על ידי חיבור חכם של שתי קבוצות ראש הידרופיליות של חומר פעיל שטח רגיל יחד עם קבוצת הצמדה.
המבנה המיוחד של ה-Gemini Surfactant מוביל לפעילות פני השטח הגבוהה שלו, הנובעת בעיקר מ:
(1) האפקט ההידרופובי המוגבר של שתי שרשראות הזנב ההידרופוביות של מולקולת ה-Gemini Surfactant והנטייה המוגברת של החומר הפעיל לעזוב את התמיסה המימית.
(2) הנטייה של קבוצות ראש הידרופיליות להיפרד זו מזו, במיוחד קבוצות ראש יוניות עקב דחייה אלקטרוסטטית, נחלשת באופן מהותי על ידי השפעת המרווח;
(3) המבנה המיוחד של חומרי השטח תאומים משפיע על התנהגות הצבירה שלהם בתמיסה מימית, ומעניק להם מורפולוגיה צבירה מורכבת ומשתנה יותר.
ל-Gemini Surfactants יש פעילות משטח (גבול) גבוהה יותר, ריכוז מיצל קריטי נמוך יותר, הרטבה טובה יותר, יכולת אמולסיציה ויכולת אנטיבקטריאלית בהשוואה לחומרי שטח רגילים. לכן, לפיתוח וניצול של Gemini Surfactants יש משמעות רבה לפיתוח ויישום של חומרים פעילי שטח.
"המבנה האמפיפילי" של חומרים פעילי שטח קונבנציונליים מעניק להם תכונות משטח ייחודיות. כפי שמוצג באיור 1(ג), כאשר מוסיפים חומר פעיל שטח קונבנציונלי למים, קבוצת הראש ההידרופיליים נוטה להתמוסס בתוך התמיסה המימית, והקבוצה ההידרופוביה מעכבת את המסת מולקולת הפעילי השטח במים. תחת ההשפעה המשולבת של שתי המגמות הללו, מולקולות פעילי השטח מועשרות בממשק הגז-נוזל ועוברות סידור מסודר, ובכך מפחיתות את מתח הפנים של המים. בניגוד לחומרי שטח קונבנציונליים, Gemini Surfactants הם "דימרים" המקשרים בין חומרים פעילי שטח קונבנציונליים באמצעות קבוצות מרווחים, מה שיכול להפחית את מתח הפנים של מים ומתח בין פנים שמן/מים בצורה יעילה יותר. בנוסף, ל-Gemini Surfactants יש ריכוזי מיצל קריטיים נמוכים יותר, מסיסות מים טובה יותר, אמולסיפיקציה, קצף, הרטבה ותכונות אנטיבקטריאליות.
| היכרות של חומרי שטח תאומים בשנת 1991, מנגר וליטאו [13] הכינו את חומר השטח הפעיל של שרשרת ביס-אלקיל הראשון עם קבוצת קישור קשיחה, וקראו לו "חומר פעיל שטח תאומים". באותה שנה, Zana et al [14] הכינו לראשונה סדרה של מלח אמוניום רבעוני Gemini Surfactants וחקרו באופן שיטתי את המאפיינים של סדרה זו של מלח אמוניום רבעוני Gemini Surfactants. 1996, חוקרים הכלילו ודנו בהתנהגות פני השטח (גבול), תכונות הצבירה, ריאולוגיית התמיסה והתנהגות הפאזה של חומרים פעילי שטח תאומים שונים כאשר הם מורכבים עם חומרים פעילי שטח קונבנציונליים. בשנת 2002, זאנה [15] חקרה את ההשפעה של קבוצות הצמדה שונות על התנהגות הצבירה של ג'מיני פעילי שטח בתמיסה מימית, עבודה שקידמה מאוד את הפיתוח של פעילי שטח והייתה בעלת משמעות רבה. מאוחר יותר, Qiu וחב' [16] המציאו שיטה חדשה לסינתזה של Gemini Surfactants המכילה מבנים מיוחדים המבוססים על cetyl bromide ו-4-amino-3,5-dihydroxymethyl-1,2,4-triazole, אשר העשירה עוד יותר את הדרך של סינתזת חומרי שטח תאומים. |
המחקר על פעילי שטח של מזל תאומים בסין התחיל מאוחר; בשנת 1999, Jianxi Zhao מאוניברסיטת Fuzhou ערך סקירה שיטתית של מחקרים זרים על חומרי שטח תאומים ומשך את תשומת הלב של מוסדות מחקר רבים בסין. לאחר מכן, המחקר על פעילי שטח תאומים בסין החל לפרוח והשיג תוצאות פוריות. בשנים האחרונות, חוקרים הקדישו את עצמם לפיתוח של חומרי שטח תאומים חדשים ולחקר התכונות הפיזיקו-כימיות הקשורות ביניהם. במקביל, האפליקציות של Gemini Surfactants פותחו בהדרגה בתחומי הסטריליזציה והאנטיבקטריאליות, ייצור מזון, הסרת קצף ועיכוב קצף, שחרור איטי של תרופות וניקוי תעשייתי. בהתבסס על השאלה אם הקבוצות ההידרופיליות במולקולות פעילי השטח טעונות או לא וסוג המטען שהן נושאות, ניתן לחלק את חומרי השטח של תאומים לקטגוריות הבאות: פעילי שטח קטיוניים, אניונים, לא-יוניים ואמפוטריים. ביניהם, פעילי שטח תאומים קטיוניים מתייחסים בדרך כלל לאמוניום רבעוני או מלח אמוניום פעילי שטח תאומים, פעילי שטח תאומים אניונים מתייחסים לרוב לחומרי שטח תאומים שהקבוצות ההידרופיליות שלהם הן חומצה סולפונית, פוספט וחומצה קרבוקסילית, בעוד שחומרי שטח תאומים לא-יוניים הם בעיקר פעילי שטח תאומים פוליאוקסיאתילן.
1.1 חומרים פעילי שטח תאומים קטיוניים
חומרים פעילי תאומים קטיוניים יכולים לנתק קטיונים בתמיסות מימיות, בעיקר אמוניום ומלח אמוניום רבעוני. לחומרי שטח קטיוניים מזל תאומים יש מתכלות ביולוגית טובה, יכולת טיהור חזקה, תכונות כימיות יציבות, רעילות נמוכה, מבנה פשוט, סינתזה קלה, הפרדה וטיהור קלים, ויש להם גם תכונות קוטל חיידקים, אנטי קורוזיה, תכונות אנטי סטטיות ורכות.
חומרים פעילים תאומים מבוססי מלח אמוניום רבעוני מוכנים בדרך כלל מאמינים שלישוניים על ידי תגובות אלקילציה. ישנן שתי שיטות סינתטיות עיקריות כדלקמן: האחת היא קווטרניזציה של אלקנים מוחלפים בדיברומו ואמינים שלישוניים אלקיל דימתיל בודדים בעלי שרשרת ארוכה; השני הוא לקווטרניזציה של אלקנים ארוכי שרשרת עם חלופי ברום 1 ו-N,N,N',N'-tetramethyl alkyl diamines עם אתנול נטול מים כממס וריפלוקס לחימום. עם זאת, אלקנים מוחלפים בדיברומו הם יקרים יותר והם מסונתזים בדרך כלל בשיטה השנייה, ומשוואת התגובה מוצגת באיור 2.
1.2 פעילי שטח תאומים אניונים
Anionic Gemini Surfactants יכולים לנתק אניונים בתמיסה מימית, בעיקר סולפונטים, מלחי סולפט, קרבוקסילטים ומלחי פוספט מסוג Gemini Surfactants. לחומרי שטח אניונים יש תכונות טובות יותר כמו טיהור, הקצף, פיזור, אמולסיפיקציה והרטבה, והם נמצאים בשימוש נרחב כחומרי ניקוי, חומרי הקצפה, חומרי הרטבה, מתחלבים ומפזרים.
1.2.1 סולפונאטים
לחומרים ביולוגיים מבוססי סולפונט יש את היתרונות של מסיסות מים טובה, הרטבה טובה, עמידות טובה לטמפרטורה ולמלחים, כושר ניקוי טוב ויכולת פיזור חזקה, והם נמצאים בשימוש נרחב כחומרי ניקוי, חומרי קצף, חומרי הרטבה, מתחלבים ומפזרים בנפט, תעשיית הטקסטיל, וכימיקלים לשימוש יומיומי בגלל המקורות הנרחבים יחסית לחומרי גלם, תהליכי ייצור פשוטים ועלויות נמוכות. Li et al סינתזו סדרה של חומצה די-סולפונית דיאלקיל חדשה Gemini Surfactants (2Cn-SCT), חומר פעיל שטח בריוני טיפוסי מסוג sulfonate, תוך שימוש בטריכלוראמין, אמין אליפטי וטאורין כחומרי גלם בתגובה תלת-שלבית.
1.2.2 מלחי סולפט
למלחי אסטר סולפט יש יתרונות של מתח פנים נמוך במיוחד, פעילות פני שטח גבוהה, מסיסות מים טובה, מקור רחב של חומרי גלם וסינתזה פשוטה יחסית. יש לו גם ביצועי כביסה טובים ויכולת הקצפה, ביצועים יציבים במים קשים, ומלחי אסטר סולפט הם ניטרליים או מעט בסיסיים בתמיסה מימית. כפי שמוצג באיור 3, Sun Dong וחב' השתמשו בחומצה לאורית ופוליאתילן גליקול כחומרי הגלם העיקריים והוסיפו קשרי אסטר סולפט באמצעות תגובות החלפה, אסטריפיקציה והוספה, ובכך סינתזו את חומר השטח הפעיל הבריוני מסוג סולפט אסטר מסוג GA12-S-12.
1.2.3 מלחי חומצה קרבוקסילית
חומרים פעילים תאומים המבוססים על קרבוקסילאט הם בדרך כלל עדינים, ירוקים, מתכלים בקלות ובעלי מקור עשיר של חומרי גלם טבעיים, תכונות מתכות גבוהות, עמידות טובה למים קשים ופיזור סבון סידן, תכונות הקצף והרטבה טובות, ונמצאים בשימוש נרחב בתרופות, טקסטיל, כימיקלים עדינים ותחומים אחרים. החדרת קבוצות אמידים בחומרי שטח ביולוגיים מבוססי קרבוקסילטים יכולה לשפר את הפירוק הביולוגי של מולקולות פעילי שטח וגם לגרום להן תכונות הרטבה, אמולסיפיקציה, פיזור וטיהור טובות. Mei et al סינתזו חומר פעיל שטח בריוני CGS-2 המכיל קבוצות אמידים על בסיס קרבוקסילטים תוך שימוש בדודצילאמין, דיברומואתאן ואנהידריד סוקסין כחומרי גלם.
1.2.4 מלחי פוספט
מלח פוספט אסטר מסוג תאומים לפעילי שטח דומה לפוספוליפידים טבעיים והם נוטים ליצור מבנים כגון מיסלים הפוכים ושלפוחיות. מלח פוספט אסטר מסוג תאומים פעילי שטח נעשה שימוש נרחב כחומרים אנטי-סטטיים ודטרגנטים לכביסה, בעוד שתכונות האמולסיפיקציה הגבוהות שלהם וגירוי נמוך יחסית הובילו לשימוש הרחב שלהם בטיפוח העור האישי. אסטרים פוספטים מסוימים יכולים להיות אנטי סרטניים, אנטי גידוליים ואנטי בקטריאליים, ועשרות תרופות פותחו. לחומרי שטח ביולוגיים מסוג מלח אסטר פוספט יש תכונות מתחלבות גבוהות עבור חומרי הדברה וניתן להשתמש בהם לא רק כאנטי בקטריאליים וקוטלי חרקים אלא גם כקוטלי עשבים. Zheng וחב' חקרו את הסינתזה של מלח אסטר פוספט Gemini Surfactants מ-P2O5 ודיולים אוליגומרים על בסיס אורתו-קוואט, בעלי אפקט הרטבה טוב יותר, תכונות אנטי-סטטיות טובות ותהליך סינתזה פשוט יחסית עם תנאי תגובה מתונים. הנוסחה המולקולרית של מלח אשלגן פוספט פעיל שטח בריוני מוצגת באיור 4.
1.3 חומרים פעילים תאומים לא-יוניים
חומרים פעילי תאומים לא-ניוניים אינם ניתנים לניתוק בתמיסה מימית והם קיימים בצורה מולקולרית. סוג זה של פעיל שטח בריוני נחקר פחות עד כה, ויש שני סוגים, האחד הוא נגזרת סוכר והשני הוא אתר אלכוהול ופנול אתר. חומרים פעילי שטח תאומים לא-יוניים אינם קיימים במצב יוני בתמיסה, ולכן הם בעלי יציבות גבוהה, אינם מושפעים בקלות מאלקטרוליטים חזקים, בעלי מורכבות טובה עם סוגים אחרים של חומרים פעילי שטח, ומסיסות טובה. לכן, לחומרי שטח לא-יוניים יש תכונות שונות כגון כושר ניקוי טוב, פיזור, אמולסיפיקציה, הקצפה, הרטבה, תכונה אנטי-סטטית ועיקור, וניתן לעשות בהם שימוש נרחב בהיבטים שונים כגון חומרי הדברה וציפויים. כפי שמוצג באיור 5, בשנת 2004, FitzGerald וחב' סינתזו חומרים תאומים מבוססי פוליאוקסיאתילן (חומרי שטח לא יוניים), שהמבנה שלהם התבטא כ-(Cn-2H2n-3CHCH2O(CH2CH2O)mH)2(CH2)6 (או GemnEm).
02 תכונות פיסיקוכימיות של חומרים פעילי שטח תאומים
2.1 פעילות של פעילי שטח תאומים
הדרך הפשוטה והישירה ביותר להעריך את פעילות פני השטח של חומרים פעילי שטח היא למדוד את מתח הפנים של התמיסות המימיות שלהם. באופן עקרוני, פעילי שטח מפחיתים את מתח הפנים של תמיסה על ידי סידור מכוון על מישור השטח (גבול) (איור 1(ג)). ריכוז המיצל הקריטי (CMC) של Gemini Surfactants קטן יותר משני סדרי גודל וערך C20 נמוך משמעותית בהשוואה לחומרי שטח רגילים בעלי מבנים דומים. למולקולת פעילי השטח הבריוניים יש שתי קבוצות הידרופיליות המסייעות לה לשמור על מסיסות מים טובה תוך כדי שרשראות ארוכות הידרופוביות. בממשק המים/אוויר, חומרי השטח הקונבנציונליים מסודרים באופן רופף בשל אפקט ההתנגדות באתר המרחבי ודחייה של מטענים הומוגניים במולקולות, ובכך מחלישים את יכולתם להפחית את מתח הפנים של המים. לעומת זאת, הקבוצות המקשרות של חומרים פעילי שטח תאומים קשורות קוולנטית כך שהמרחק בין שתי הקבוצות ההידרופיליות נשמר בטווח קטן (קטן בהרבה מהמרחק בין הקבוצות ההידרופיליות של פעילי השטח הרגילים), וכתוצאה מכך פעילות טובה יותר של פעילי השטח של תאומים. פני השטח (גבול).
2.2 מבנה הרכבה של Gemini Surfactants
בתמיסות מימיות, ככל שריכוז החומר הפעיל השטחי הבריוני עולה, המולקולות שלו רוויות את פני התמיסה, מה שבתורו מאלץ מולקולות אחרות לנדוד אל פנים התמיסה ליצירת מיצלות. הריכוז שבו חומר פעיל השטח מתחיל ליצור מיצלות נקרא ריכוז מיסלים קריטי (Critical Micelle Concentration (CMC). כפי שמוצג באיור 9, לאחר שהריכוז גדול יותר מ-CMC, בניגוד לחומרי שטח קונבנציונליים המתקבצים ליצירת מיצלות כדוריות, ג'מיני Surfactants מייצרים מגוון מורפולוגיות מיצלות, כגון מבנים ליניאריים ודו-שכבתיים, בגלל המאפיינים המבניים שלהם. ההבדלים בגודל המיסל, הצורה וההידרציה משפיעים ישירות על התנהגות הפאזה והתכונות הריאולוגיות של התמיסה, וגם מובילים לשינויים בצמיגות התמיסה. פעילי שטח קונבנציונליים, כגון חומרים פעילי שטח אניונים (SDS), יוצרים בדרך כלל מיצללים כדוריים, שכמעט ואין להם השפעה על צמיגות התמיסה. עם זאת, המבנה המיוחד של Gemini Surfactants מוביל להיווצרות של מורפולוגיה מיצלית מורכבת יותר ותכונות התמיסות המימיות שלהם שונות באופן משמעותי מאלו של פעילי שטח קונבנציונליים. הצמיגות של תמיסות מימיות של Gemini Surfactants עולה עם הגדלת הריכוז של Gemini Surfactants, כנראה בגלל שהמיצלות הליניאריות שנוצרו משתלבות במבנה דמוי רשת. עם זאת, צמיגות התמיסה יורדת עם הגדלת ריכוז פעילי השטח, ככל הנראה עקב שיבוש מבנה הרשת והיווצרות מבני מיצל אחרים.
03 תכונות אנטי-מיקרוביאליות של חומרי שטח תאומים
כמעין חומר אנטי-מיקרוביאלי אורגני, המנגנון האנטי-מיקרוביאלי של חומר פעיל שטח בריוני הוא בעיקר שהוא מתחבר עם אניונים על פני קרום התא של מיקרואורגניזמים או מגיב עם קבוצות סולפהדריל כדי לשבש את ייצור החלבונים וממברנות התא שלהם, ובכך הורס רקמות מיקרוביאליות כדי לעכב. או להרוג מיקרואורגניזמים.
3.1 תכונות אנטי-מיקרוביאליות של חומרים פעילי שטח תאומים אניונים
התכונות האנטי-מיקרוביאליות של חומרים פעילי שטח אניונים אנטי-מיקרוביאליים נקבעות בעיקר על פי אופי הרכיבים האנטי-מיקרוביאליים שהם נושאים. בתמיסות קולואידיות כמו לטקסים וציפויים טבעיים, שרשראות הידרופיליות נקשרות לחומרי פיזור מסיסים במים, ושרשרות הידרופוביות יקשרו לפיזור הידרופובי על ידי ספיחה כיוונית, ובכך יהפכו את הממשק הדו-פאזי לסרט ממשק מולקולרי צפוף. הקבוצות המעכבות של החיידקים על שכבת הגנה צפופה זו מעכבות את הצמיחה של חיידקים.
המנגנון של עיכוב חיידקים של פעילי שטח אניונים שונה מהותית מזה של פעילי שטח קטיוניים. העיכוב החיידקי של חומרים פעילי שטח אניונים קשור למערכת התמיסות שלהם ולקבוצות העיכוב, כך שניתן להגביל סוג זה של פעילי שטח. סוג זה של פעילי שטח חייב להיות קיים ברמות מספיקות כך שהחומר הפעיל-שטח קיים בכל פינה של המערכת כדי לייצר אפקט מיקרוביצידי טוב. יחד עם זאת, חומרי שטח מסוג זה חסרים לוקליזציה ומיקוד, מה שלא רק גורם לבזבוז מיותר, אלא גם יוצר עמידות לאורך תקופה ארוכה.
כדוגמה, חומרים ביולוגיים על בסיס אלקיל סולפונט שימשו ברפואה הקלינית. אלקיל סולפונטים, כגון Busulfan ו-Treosulfan, מטפלים בעיקר במחלות מיאלופרוליפרטיביות, הפועלות לייצור קישור צולב בין גואנין ואוריאהפורין, בעוד ששינוי זה אינו ניתן לתיקון על ידי הגהה תאית, וכתוצאה מכך למוות של תאים אפופטוטיים.
3.2 תכונות אנטי-מיקרוביאליות של חומרים פעילי שטח תאומים קטיוניים
הסוג העיקרי של חומרי שטח תאומים קטיוניים שפותחו הוא מלח אמוניום רבעוני מסוג Gemini Surfactants. למשטחי תאומים קטיוניים מסוג אמוניום רבעוני יש השפעה חיידקית חזקה מכיוון שיש שתי שרשראות אלקנים ארוכות הידרופוביות במולקולות פעילי שטח בריוניים רבעוניים מסוג אמוניום, והשרשרות ההידרופוביות יוצרות ספיחה הידרופוביה עם דופן התא (פפטידוגליקן); במקביל, הם מכילים שני יוני חנקן בעלי מטען חיובי, אשר יעודדו ספיחת מולקולות פעילי שטח אל פני השטח של חיידקים בעלי מטען שלילי, ובאמצעות חדירה ודיפוזיה, השרשראות ההידרופוביות חודרות עמוק לתוך שכבת השומנים של ממברנת תא החיידק, ומשנות את חדירות של קרום התא, המובילה לקרע של החיידק, בנוסף לקבוצות הידרופיליות בעומק החלבון, מה שמוביל לאובדן פעילות האנזים ודנטורציה של חלבון, עקב ההשפעה המשולבת של שתי השפעות אלו, מה שהופך את קוטל הפטריות בעל השפעה חיידקית חזקה.
עם זאת, מנקודת מבט סביבתית, לפעילי שטח אלו פעילות המוליטית וציטוטוקסיות, וזמן מגע ארוך יותר עם אורגניזמים מימיים ופירוק ביולוגי יכולים להגביר את הרעילות שלהם.
3.3 תכונות אנטיבקטריאליות של חומרים פעילי שטח תאומים לא יוניים
ישנם כיום שני סוגים של חומרי שטח תאומים לא-יוניים, האחד הוא נגזרת סוכר והשני הוא אתר אלכוהול ופנול אתר.
המנגנון האנטיבקטריאלי של חומרים ביולוגיים שמקורם בסוכר מבוסס על הזיקה של המולקולות, וחומרי שטח שמקורם בסוכר יכולים להיקשר לממברנות התא, המכילות מספר רב של פוספוליפידים. כאשר ריכוז פעילי השטח של נגזרות הסוכר מגיע לרמה מסוימת, זה משנה את החדירות של קרום התא, יוצר נקבוביות ותעלות יונים, מה שמשפיע על הובלת חומרים מזינים וחילופי גזים, גורם ליציאת תוכן ובסופו של דבר מוביל למוות של חיידק.
המנגנון האנטי-בקטריאלי של חומרים אנטי-מיקרוביאליים אתרים פנוליים ואלכוהוליים הוא לפעול על דופן התא או קרום התא ועל אנזימים, לחסום תפקודים מטבוליים ולשבש תפקודים התחדשותיים. לדוגמה, תרופות אנטי-מיקרוביאליות של דיפניל אתרים ונגזרותיהם (פנולים) טובלות בתאים חיידקיים או ויראליים ופועלות דרך דופן התא וממברנת התא, מעכבות את הפעולה והתפקוד של אנזימים הקשורים לסינתזה של חומצות גרעין וחלבונים, ומגבילות את צמיחה ורבייה של חיידקים. זה גם משתק את תפקודי חילוף החומרים והנשימה של האנזימים בתוך החיידק, אשר לאחר מכן נכשלים.
3.4 תכונות אנטיבקטריאליות של חומרים פעילי שטח תאומים אמפוטריים
Amphoteric Gemini Surfactants הם מחלקה של פעילי שטח שיש להם גם קטיונים וגם אניונים במבנה המולקולרי שלהם, יכולים ליינן בתמיסה מימית ולהפגין תכונות של חומרים פעילי שטח אניונים במצב בינוני אחד ושל חומרים פעילי שטח קטיוניים במצב בינוני אחר. המנגנון של עיכוב חיידקים של חומרים פעילי שטח אמפוטריים אינו חד משמעי, אך מקובל לחשוב שהעיכוב עשוי להיות דומה לזה של פעילי שטח אמוניום רבעוניים, כאשר החומר הפעיל נספג בקלות על פני החיידק הטעון שלילי ומפריע לחילוף החומרים של החיידקים.
3.4.1 תכונות אנטי-מיקרוביאליות של חומצת אמינו פעילי שטח Gemini
חומר פעיל שטח בריוני מסוג חומצת אמינו הוא חומר פעיל שטח בריוני קטיוני אמפוטרי המורכב משתי חומצות אמינו, ולכן המנגנון האנטי-מיקרוביאלי שלו דומה יותר לזה של פעיל שטח בריוני מסוג מלח אמוניום רבעוני. החלק הטעון חיובי של חומר השטח הפעיל נמשך לחלק הטעון שלילי של פני השטח החיידקיים או הנגיפים עקב אינטראקציה אלקטרוסטטית, ובעקבות כך השרשראות ההידרופוביות נקשרות לדו-שכבת השומנים, מה שמוביל לפליחה של תוכן התא ותמוגה עד למוות. יש לו יתרונות משמעותיים על פני חומרים פעילים תאומים רבעוניים על בסיס אמוניום: התכלות ביולוגית קלה, פעילות המוליטית נמוכה ורעילות נמוכה, ולכן הוא מפותח ליישומה ותחום היישום שלו מתרחב.
3.4.2 תכונות אנטיבקטריאליות של חומרים פעילים תאומים שאינם מסוג חומצות אמינו
לחומצות תאומים אמפוטריות שאינן מסוג חומצות אמינו יש שאריות מולקולריות פעילות על פני השטח המכילות גם מרכזי מטען חיוביים ושליליים בלתי מייננים. חומרים פעילים תאומים שאינם מסוג חומצות אמינו העיקריים הם בטאין, אימידאזולין ו-amine oxide. אם לוקחים את סוג בטאין כדוגמה, לחומרי שטח אמפוטריים מסוג בטאין יש במולקולות גם קבוצות אניוניות וגם קטיוניות, שאינן מושפעות בקלות על ידי מלחים אנאורגניים ויש להן השפעות פעילי שטח בתמיסות חומציות ובסיסיות כאחד, והמנגנון האנטי-מיקרוביאלי של חומרים קטיוניים תאומים הוא אחריו בתמיסות חומציות ובתמיסות של חומרי שטח תאומים אניונים בתמיסות אלקליות. יש לו גם ביצועי שילוב מצוינים עם סוגים אחרים של חומרים פעילי שטח.
04 מסקנה והשקפה
ג'מיני פעילי שטח נמצאים בשימוש הולך וגובר בחיים בגלל המבנה המיוחד שלהם, והם נמצאים בשימוש נרחב בתחומי עיקור אנטיבקטריאלי, ייצור מזון, הסרת קצף ועיכוב קצף, שחרור איטי של תרופות וניקוי תעשייתי. עם הביקוש הגובר להגנה על סביבה ירוקה, חומרי השטח תאומים מפותחים בהדרגה לחומרי שטח ידידותיים לסביבה ורב-תכליתיים. מחקר עתידי בנושא חומרי שטח תאומים יכול להתבצע בהיבטים הבאים: פיתוח חומרי שטח תאומים חדשים בעלי מבנים ותפקודים מיוחדים, במיוחד חיזוק המחקר בנושא אנטיבקטריאלי ואנטי-ויראלי; שילוב עם חומרים פעילי שטח נפוצים או תוספים ליצירת מוצרים עם ביצועים טובים יותר; ושימוש בחומרי גלם זולים וזמינים בקלות לסינתזה של Gemini Surfactants ידידותיים לסביבה.
זמן פרסום: 25-3-2022