Оваа статија се фокусира на антимикробниот механизам на сурфактантите Gemini, кои се очекува да бидат ефикасни во убивањето бактерии и може да пружат одредена помош за забавување на ширењето на новите коронавируси.
Сурфактант, кој е контракција на фразите Површина, Активна и Агенс. Сурфактантите се супстанции кои се активни на површините и интерфејсите и имаат многу висока способност и ефикасност во намалувањето на површинскиот (граничен) напон, формирајќи молекуларно подредени склопови во раствори над одредена концентрација и на тој начин имаат опсег на функции за примена. Сурфактантите поседуваат добра дисперзибилност, влажност, способност за емулзификација и антистатички својства и станаа клучни материјали за развој на многу полиња, вклучително и полето на фини хемикалии, и имаат значителен придонес во подобрувањето на процесите, намалувањето на потрошувачката на енергија и зголемувањето на производната ефикасност. . Со развојот на општеството и континуираниот напредок на светското индустриско ниво, примената на сурфактанти постепено се шири од хемикалии за секојдневна употреба во различни области на националната економија, како што се антибактериски агенси, адитиви за храна, нови енергетски полиња, третман на загадувачи и биофармацевтски препарати.
Конвенционалните сурфактанти се „амфифилни“ соединенија кои се состојат од поларни хидрофилни групи и неполарни хидрофобни групи, а нивните молекуларни структури се прикажани на Слика 1(а).
Во моментов, со развојот на префинетоста и систематизацијата во преработувачката индустрија, побарувачката за својства на сурфактант во производниот процес постепено се зголемува, па затоа е важно да се пронајдат и развијат сурфактанти со повисоки површински својства и со посебни структури. Откривањето на Gemini Surfactants ги премостува овие празнини и ги задоволува барањата на индустриското производство. Вообичаен сурфактант Gemini е соединение со две хидрофилни групи (генерално јонски или нејонски со хидрофилни својства) и два хидрофобни алкилни синџири.
Како што е прикажано на Слика 1(б), за разлика од конвенционалните сурфактанти со еден синџир, површинските активни супстанции Gemini поврзуваат две хидрофилни групи преку поврзувачка група (простор). Накратко, структурата на сурфактантот Gemini може да се разбере како формирана со паметно поврзување на две хидрофилни главни групи на конвенционален сурфактант заедно со група за поврзување.
Специјалната структура на сурфактантот Gemini води до неговата висока површинска активност, што главно се должи на:
(1) засилениот хидрофобен ефект на двата хидрофобни опашки синџири на молекулата на сурфактантот Gemini и зголемената тенденција на сурфактантот да го напушти водениот раствор.
(2) Тенденцијата на хидрофилните групи на глави да се одделат една од друга, особено јонските групи на глави поради електростатско одбивање, е значително ослабена од влијанието на диспејзерот;
(3) Специјалната структура на сурфактантите Gemini влијае на нивното однесување на агрегација во воден раствор, давајќи им посложена и променлива морфологија на агрегација.
Gemini Сурфактантите имаат поголема површинска (гранична) активност, помала критична концентрација на мицели, подобра влажност, способност за емулзификација и антибактериска способност во споредба со конвенционалните сурфактанти. Затоа, развојот и користењето на сурфактантите Gemini се од големо значење за развојот и примената на сурфактантите.
„Амфифилната структура“ на конвенционалните сурфактанти им дава уникатни површински својства. Како што е прикажано на слика 1(в), кога конвенционален сурфактант се додава во водата, хидрофилната група на глави има тенденција да се раствори во водениот раствор, а хидрофобната група го инхибира растворањето на молекулата на сурфактантот во вода. Под комбинираниот ефект на овие два тренда, молекулите на сурфактантот се збогатуваат на интерфејсот гас-течност и се подложени на уреден распоред, а со тоа се намалува површинскиот напон на водата. За разлика од конвенционалните сурфактанти, Gemini сурфактантите се „димери“ кои ги поврзуваат конвенционалните сурфактанти меѓу себе преку групи на дистанци, кои можат поефикасно да го намалат површинскиот напон на водата и меѓуповршинскиот напон на масло/вода. Покрај тоа, Gemini Surfactants имаат пониски критични концентрации на мицели, подобра растворливост во вода, емулгирање, пенење, влажнење и антибактериски својства.
| Воведување на сурфактанти Gemini Во 1991 година, Менгер и Литау [13] го подготвија првиот сурфактант со бис-алкил синџир со цврста група за поврзување и го нарекоа „Сурфактант Близнаци“. Истата година, Зана и сор. 1996 година, истражувачите го генерализираа и дискутираа површинското (граничното) однесување, својствата на агрегација, реологијата на растворот и фазното однесување на различните сурфактанти Gemini кога се комбинираат со конвенционалните сурфактанти. Во 2002 година, Зана [15] го истражуваше ефектот на различните групи за поврзување врз агрегациското однесување на површинските активни супстанции Gemini во воден раствор, работа што значително го унапреди развојот на сурфактантите и беше од големо значење. Подоцна, Qiu и сор. Синтеза на сурфактант Gemini. |
Истражувањето на Gemini сурфактанти во Кина започна доцна; во 1999 година, Џианкси Жао од Универзитетот Фужоу направи систематски преглед на странските истражувања за сурфактантите Gemini и го привлече вниманието на многу истражувачки институции во Кина. После тоа, истражувањето на Gemini Surfactants во Кина почна да цвета и постигна плодни резултати. Во последниве години, истражувачите се посветија на развојот на нови сурфактанти Gemini и проучување на нивните поврзани физичко-хемиски својства. Во исто време, апликациите на Gemini Surfactants постепено се развиваат во областа на стерилизација и антибактериски, производство на храна, депенење и инхибиција на пена, лек со бавно ослободување и индустриско чистење. Врз основа на тоа дали хидрофилните групи во молекулите на сурфактантот се наелектризирани или не и видот на полнежот што го носат, Gemini Surfactants може да се поделат во следните категории: катјонски, анјонски, нејонски и амфотерични Gemini Surfactants. Меѓу нив, катјонските сурфактанти Gemini генерално се однесуваат на квартерна амониум или амониумова сол Gemini сурфактанти, анјонски Gemini сурфактанти најчесто се однесуваат на Gemini сурфактанти чии хидрофилни групи се сулфонска киселина, фосфати и карбоксилна киселина, додека нејонските сурфактанти Gemini се претежно Gemini сурфактанти.
1.1 Катјонски Близнаци сурфактанти
Катјонските сурфактанти Gemini можат да ги дисоцираат катјоните во водени раствори, главно амониум и кватернарна амониумова сол Сурфактанти Gemini. Катјонските сурфактанти Gemini имаат добра биоразградливост, силна способност за деконтаминација, стабилни хемиски својства, мала токсичност, едноставна структура, лесна синтеза, лесно сепарација и прочистување, а исто така имаат и бактерицидни својства, антикорозивни, антистатички својства и мекост.
Сурфактантите Gemini базирани на квартерна амониумова сол генерално се подготвуваат од терциерни амини со реакции на алкилација. Постојат два главни синтетички методи како што следува: едниот е кватернизирање на дибромо-супституирани алкани и единечен долг синџир на алкил диметил терциерни амини; другата е да се кватернизираат 1-бромо-супституирани алкани со долг ланец и N,N,N',N'-тетраметил алкил диамини со безводен етанол како растворувач и рефлукс на загревање. Сепак, дибромо-супституираните алкани се поскапи и најчесто се синтетизираат со вториот метод, а равенката на реакцијата е прикажана на слика 2.
1.2 Анјонски сурфактанти Близнаци
Анјонските сурфактанти Близнаци можат да дисоцираат анјони во воден раствор, главно сулфонати, сулфатни соли, карбоксилати и фосфатни соли од типот Gemini сурфактанти. Анјонските сурфактанти имаат подобри својства како што се деконтаминација, пенење, дисперзија, емулгирање и мокрење, и широко се користат како детергенти, средства за пенење, средства за влажнење, емулгатори и дисперзанти.
1.2.1 Сулфонати
Биосурфактантите базирани на сулфонат ги имаат предностите на добра растворливост во вода, добра влажност, добра температура и отпорност на сол, добра детергентност и силна дисперзивна способност и тие се широко користени како детергенти, средства за пенење, средства за влажнење, емулгатори и дисперзанти во нафтата, текстилната индустрија и хемикалиите за секојдневна употреба поради нивните релативно широки извори на суровини, едноставните производни процеси и ниските трошоци. Li et al синтетизираа серија нови диалкил дисулфонска киселина Gemini Surfactants (2Cn-SCT), типичен барионски сурфактант од типот на сулфонат, користејќи трихлорамин, алифатичен амин и таурин како суровини во реакција во три чекори.
1.2.2 Сулфатни соли
Сулфатните естерски соли двојните сурфактанти ги имаат предностите на ултра ниска површинска напнатост, висока површинска активност, добра растворливост во вода, широк извор на суровини и релативно едноставна синтеза. Исто така, има добри перформанси за перење и способност за пенење, стабилни перформанси во тврда вода, а солите на сулфат естер се неутрални или малку алкални во воден раствор. Како што е прикажано на слика 3, Sun Dong et al користеле лауринска киселина и полиетилен гликол како главни суровини и додале сулфатни естерски врски преку реакции на супституција, естерификација и додавање, со што се синтетизирала барионската сурфактант-GA12-S-12 од сулфат естер сол од типот.
1.2.3 Соли на карбоксилна киселина
Сурфактантите на Gemini базирани на карбоксилат обично се благи, зелени, лесно биоразградливи и имаат богат извор на природни суровини, високи метални хелатни својства, добра отпорност на тврда вода и дисперзија на калциум сапун, добри својства за пенење и влажнење и широко се користат во фармацевтските производи. текстил, фини хемикалии и други области. Воведувањето на амид групи во биосурфактанти базирани на карбоксилат може да ја подобри биоразградливоста на молекулите на сурфактантот и исто така да ги направи да имаат добри својства на влажнење, емулгирање, дисперзија и деконтаминација. Меи и сор синтетизираа барионски сурфактант CGS-2 базиран на карбоксилат кој содржи амид групи користејќи додекациламин, дибромоетан и сукцински анхидрид како суровини.
1.2.4 Фосфатни соли
Сол од фосфатен естер од типот Gemini Сурфактантите имаат слична структура на природните фосфолипиди и се склони да формираат структури како што се обратни мицели и везикули. Сол од фосфатен естер од типот Gemini Сурфактантите се широко користени како антистатички агенси и детергенти за перење, додека нивните високи својства на емулгирање и релативно мала иритација доведоа до нивна широка употреба во личната нега на кожата. Одредени фосфатни естери можат да бидат антиканцерогени, антитуморни и антибактериски, а развиени се десетици лекови. Биосурфактантите од типот на сол од фосфат естер имаат високи емулгирачки својства за пестициди и можат да се користат не само како антибактериски и инсектициди туку и како хербициди. Женг и сор ја проучувале синтезата на солта на фосфат естер Gemini Сурфактанти од P2O5 и олигомерни диоли базирани на орто-кват, кои имаат подобар ефект на влажнење, добри антистатички својства и релативно едноставен процес на синтеза со благи услови на реакција. Молекуларната формула на барионскиот сурфактант сол на калиум фосфат е прикажана на слика 4.
1.3 Нејонски сурфактанти Gemini
Нејонски Gemini Сурфактанти не можат да се дисоцираат во воден раствор и постојат во молекуларна форма. Овој тип на барионски сурфактант досега е помалку проучуван и има два вида, едниот е дериват на шеќер, а другиот е алкохолен етер и фенол етер. Нејонски Близнаци Сурфактанти не постојат во јонска состојба во раствор, така што тие имаат висока стабилност, не се лесно под влијание на силни електролити, имаат добра комплексност со други видови сурфактанти и имаат добра растворливост. Затоа, нејонските сурфактанти имаат различни својства како што се добра детергентност, дисперзибилност, емулзификација, пенење, навлажнување, антистатичко својство и стерилизација, и може да бидат широко користени во различни аспекти како што се пестициди и премази. Како што е прикажано на Слика 5, во 2004 година, FitzGerald et al синтетизираа Gemini сурфактанти базирани на полиоксиетилен (нејонски сурфактанти), чија структура беше изразена како (Cn-2H2n-3CHCH2O(CH2CH2O)mH)2(CH2)6 (или GemnEm).
02 Физичкохемиски својства на сурфактантите Gemini
2.1 Активност на сурфактанти Gemini
Наједноставниот и најдиректен начин да се оцени површинската активност на сурфактантите е да се измери површинскиот напон на нивните водени раствори. Во принцип, сурфактантите го намалуваат површинскиот напон на растворот со ориентирана поставеност на површинската (гранична) рамнина (Слика 1(в)). Критичната мицелна концентрација (CMC) на Gemini Surfactants е за повеќе од два реда помала и вредноста на C20 е значително помала во споредба со конвенционалните сурфактанти со слична структура. Молекулата на барионскиот сурфактант поседува две хидрофилни групи кои и помагаат да одржува добра растворливост во вода додека има долги хидрофобни долги синџири. На интерфејсот вода/воздух, конвенционалните сурфактанти се лабаво распоредени поради ефектот на отпорност на просторното место и одбивањето на хомогените полнежи во молекулите, со што се слабее нивната способност да го намалат површинскиот напон на водата. Спротивно на тоа, поврзувачките групи на површински активни супстанции Gemini се ковалентно поврзани така што растојанието помеѓу двете хидрофилни групи се одржува во мал опсег (многу помало од растојанието помеѓу хидрофилните групи на конвенционалните сурфактанти), што резултира со подобра активност на сурфактантите Gemini кај површината (границата).
2.2 Структура на склопување на сурфактанти Gemini
Во водените раствори, како што се зголемува концентрацијата на барионскиот сурфактант, неговите молекули ја заситуваат површината на растворот, што пак ги принудува другите молекули да мигрираат во внатрешноста на растворот за да формираат мицели. Концентрацијата во која сурфактантот почнува да формира мицели се нарекува Критична мицелна концентрација (CMC). Како што е прикажано на слика 9, откако концентрацијата е поголема од CMC, за разлика од конвенционалните сурфактанти кои се агрегираат за да формираат сферични мицели, Gemini Сурфактантите произведуваат различни морфологии на мицели, како што се линеарни и двослојни структури, поради нивните структурни карактеристики. Разликите во големината, обликот и хидратацијата на мицелите имаат директно влијание врз фазното однесување и реолошките својства на растворот, а исто така доведуваат до промени во вискоеластичноста на растворот. Конвенционалните сурфактанти, како што се анјонските сурфактанти (SDS), обично формираат сферични мицели, кои немаат речиси никакво влијание врз вискозноста на растворот. Сепак, посебната структура на Gemini сурфактантите води до формирање на посложена морфологија на мицели и својствата на нивните водени раствори значително се разликуваат од оние на конвенционалните сурфактанти. Вискозноста на водените раствори на Gemini површински активните супстанции се зголемува со зголемување на концентрацијата на сурфактанти Gemini, веројатно затоа што формираните линеарни мицели се испреплетуваат во структура слична на мрежа. Сепак, вискозноста на растворот се намалува со зголемување на концентрацијата на сурфактант, веројатно поради нарушување на структурата на мрежата и формирање на други мицелни структури.
03 Антимикробни својства на сурфактантите Gemini
Како еден вид органски антимикробен агенс, антимикробниот механизам на барионскиот сурфактант е главно во тоа што се комбинира со анјони на површината на клеточната мембрана на микроорганизмите или реагира со сулфихидрилни групи за да го наруши производството на нивните протеини и клеточни мембрани, со што ги уништува микробните ткива за да ја инхибира или убиваат микроорганизми.
3.1 Антимикробни својства на анјонските сурфактанти Gemini
Антимикробните својства на антимикробните анјонски сурфактанти главно се одредуваат од природата на антимикробните делови што ги носат. Во колоидни раствори како што се природни латекси и облоги, хидрофилните синџири се врзуваат за растворливи во вода дисперзанти, а хидрофобните синџири ќе се врзат за хидрофобните дисперзии со насочена адсорпција, со што се трансформира двофазниот интерфејс во густа молекуларна меѓуфазна фолија. Бактериските инхибиторни групи на овој густ заштитен слој го инхибираат растот на бактериите.
Механизмот на бактериска инхибиција на анјонските сурфактанти е фундаментално различен од оној на катјонските сурфактанти. Бактериската инхибиција на анјонските сурфактанти е поврзана со нивниот систем на раствори и инхибиционите групи, така што овој тип на сурфактант може да биде ограничен. Овој тип на сурфактант мора да биде присутен на доволно нивоа, така што сурфактантот е присутен во секој агол на системот за да произведе добар микробициден ефект. Во исто време, на овој тип на сурфактант му недостасува локализација и таргетирање, што не само што предизвикува непотребен отпад, туку и создава отпор во подолг временски период.
Како пример, биосурфактантите базирани на алкил сулфонат се користени во клиничката медицина. Алкил сулфонатите, како што се Бусулфан и Треосулфан, главно ги третираат миелопролиферативните болести, дејствувајќи на создавање вкрстено поврзување помеѓу гванин и уреапурин, додека оваа промена не може да се поправи со клеточно лекторирање, што резултира со апоптотична клеточна смрт.
3.2 Антимикробни својства на катјонските сурфактанти Gemini
Главниот тип на катјонски Gemini сурфактанти развиени се квартерна амониумова сол од типот Gemini сурфактанти. Кватернарен амониум од типот на катјонски Близнаци Сурфактантите имаат силно бактерицидно дејство бидејќи постојат два хидрофобни долги алкански синџири во молекулите на барионски сурфактант од кватернарен амониум, а хидрофобните синџири формираат хидрофобна адсорпција со клеточниот ѕид (пептидогликан); во исто време, тие содржат два позитивно наелектризирани азотни јони, кои ќе ја промовираат адсорпцијата на молекулите на сурфактантот на површината на негативно наелектризираните бактерии, а преку пенетрација и дифузија, хидрофобните синџири длабоко навлегуваат во липидниот слој на бактериската клеточна мембрана, менувајќи ја пропустливоста на клеточната мембрана, што доведува до руптура на бактеријата, покрај хидрофилните групи длабоко во протеинот, што доведува до губење на ензимската активност и денатурација на протеините, поради комбинираниот ефект на овие два ефекта, со што фунгицидот има силен бактерициден ефект.
Сепак, од еколошка гледна точка, овие сурфактанти имаат хемолитичка активност и цитотоксичност, а подолгото време на контакт со водни организми и биоразградувањето може да ја зголеми нивната токсичност.
3.3 Антибактериски својства на нејонските сурфактанти Gemini
Во моментов постојат два типа на нејонски сурфактанти Gemini, едниот е дериват на шеќер, а другиот е алкохолен етер и фенол етер.
Антибактерискиот механизам на биосурфактантите добиени од шеќер се заснова на афинитетот на молекулите, а сурфактантите добиени од шеќер можат да се врзат за клеточните мембрани, кои содржат голем број на фосфолипиди. Кога концентрацијата на сурфактанти од деривати на шеќер ќе достигне одредено ниво, таа ја менува пропустливоста на клеточната мембрана, формирајќи пори и јонски канали, што влијае на транспортот на хранливи материи и размената на гасови, предизвикувајќи одлив на содржината и на крајот доведува до смрт на бактерија.
Антибактерискиот механизам на антимикробните агенси на фенолни и алкохолни етери е да делуваат на клеточниот ѕид или клеточната мембрана и ензимите, блокирајќи ги метаболичките функции и нарушувајќи ги регенеративните функции. На пример, антимикробните лекови на дифенил етери и нивните деривати (феноли) се потопуваат во бактериски или вирусни клетки и дејствуваат преку клеточниот ѕид и клеточната мембрана, инхибирајќи го дејството и функцијата на ензимите поврзани со синтезата на нуклеинските киселини и протеините, ограничувајќи ја раст и репродукција на бактерии. Исто така, ги парализира метаболичките и респираторните функции на ензимите во бактериите, кои потоа откажуваат.
3.4 Антибактериски својства на амфотерични сурфактанти Gemini
Амфотерични сурфактанти Близнаци се класа на сурфактанти кои имаат и катјони и анјони во нивната молекуларна структура, можат да јонизираат во воден раствор и да ги покажат својствата на анјонските сурфактанти во една средина и катјонските сурфактанти во друга средина. Механизмот на бактериска инхибиција на амфотерните сурфактанти е неубедлив, но генерално се верува дека инхибицијата може да биде слична на онаа на кватернерните амониумски сурфактанти, каде што сурфактантот лесно се адсорбира на негативно наелектризираната бактериска површина и го попречува бактерискиот метаболизам.
3.4.1 Антимикробни својства на аминокиселините Gemini сурфактанти
Аминокиселинскиот тип барионски сурфактант е катјонски амфотеричен барионски сурфактант составен од две аминокиселини, така што неговиот антимикробен механизам е посличен на оној на барионскиот сурфактант од типот на кватернарна амониумова сол. Позитивно наелектризираниот дел од сурфактантот се привлекува кон негативно наелектризираниот дел од бактериската или вирусната површина поради електростатска интеракција, а последователно хидрофобните синџири се врзуваат за липидниот двослој, што доведува до одлив на клеточната содржина и лиза до смрт. Има значајни предности во однос на сурфактантите Gemini базирани на кватернарен амониум: лесна биоразградливост, ниска хемолитичка активност и ниска токсичност, па затоа се развива за нејзина примена и се проширува неговото поле на примена.
3.4.2 Антибактериски својства на не-аминокиселинскиот тип на сурфактанти Gemini
Амфотеричните сурфактанти Gemini од типот на не-амино киселина имаат површински активни молекуларни остатоци кои содржат и нејонизирачки центри за позитивно и негативно полнење. Главните сурфактанти кои не се амино киселини од типот Gemini се бетаин, имидазолин и амин оксид. Земајќи го типот бетаин како пример, амфотерните сурфактанти од типот бетаин имаат и анјонски и катјонски групи во нивните молекули, кои не се лесно погодени од неорганските соли и имаат сурфактантни ефекти и во киселите и во алкалните раствори, а антимикробниот механизам на катјонските сурфактанти Gemini е проследено во киселите раствори и онаа на анјонските Gemini сурфактанти во алкалните раствори. Исто така, има одлични перформанси на мешање со други видови сурфактанти.
04 Заклучок и перспектива
Gemini Сурфактантите се повеќе се користат во животот поради нивната посебна структура, а тие се широко користени во областа на антибактериска стерилизација, производство на храна, депенење и инхибиција на пена, лекови со бавно ослободување и индустриско чистење. Со зголемената побарувачка за заштита на зелената околина, Gemini Surfactants постепено се развиваат во еколошки и мултифункционални сурфактанти. Идните истражувања на Gemini сурфактанти може да се спроведат во следните аспекти: развој на нови Gemini сурфактанти со посебни структури и функции, особено зајакнување на истражувањето за антибактериски и антивирусни; мешање со обични сурфактанти или адитиви за да се формираат производи со подобри перформанси; и користење на евтини и лесно достапни суровини за синтетизирање на еколошки површински активни супстанции Gemini.
Време на објавување: Мар-25-2022