Тази статия се фокусира върху антимикробния механизъм на повърхностноактивните вещества на Близнаци, които се очаква да бъдат ефективни при убиване на бактерии и могат да осигурят известна помощ за забавяне на разпространението на нови коронавируси.
Повърхностно активно вещество, което е свиване на повърхността, активната и агента на фразите. Повърхностноактивните вещества са вещества, които са активни на повърхности и интерфейси и имат много висока способност и ефективност при намаляване на повърхностното (гранично) напрежение, образувайки молекулярно подредени сглобки в разтвори над определена концентрация и по този начин имат обхват на функциите на приложение. Повърхностноактивните вещества притежават добра диспергируемост, омокряемост, способност за емулгиране и антистатични свойства и са се превърнали в ключови материали за разработването на много области, включително полето на фините химикали и имат значителен принос за подобряване на процесите, намаляване на потреблението на енергия и повишаване на ефективността на производството. С развитието на обществото и непрекъснатия напредък на световното индустриално ниво, прилагането на повърхностноактивни вещества постепенно се разпространява от химикали за ежедневна употреба в различни области на националната икономика, като антибактериални средства, хранителни добавки, нови енергийни полета, лечение на замърсители и биофармацевтични продукти.
Конвенционалните повърхностно активни вещества са "амфифилни" съединения, състоящи се от полярни хидрофилни групи и неполярни хидрофобни групи, а техните молекулни структури са показани на фигура 1 (а).
Понастоящем, с развитието на усъвършенстване и систематизация в производствената индустрия, търсенето на свойства на повърхностно активното вещество в производствения процес постепенно се увеличава, така че е важно да се намерят и развият повърхностноактивни вещества с по -високи повърхностни свойства и със специални структури. Откриването на повърхностноактивни вещества на Близнаци преодолява тези пропуски и отговаря на изискванията на индустриалното производство. Често срещано повърхностно активно вещество на Близнаци е съединение с две хидрофилни групи (обикновено йонни или неионни с хидрофилни свойства) и две хидрофобни алкилови вериги.
Както е показано на фигура 1 (б), за разлика от конвенционалните повърхностноактивни вещества с една верига, повърхностноактивните вещества Gemini свързват две хидрофилни групи заедно чрез свързваща група (Spacer). Накратко, структурата на повърхностно активното вещество на Близнаци може да бъде разбрана като образувана чрез умело свързване на две хидрофилни глави групи от конвенционално повърхностно активно вещество заедно с група за свързване.
Специалната структура на повърхностно активното вещество на Близнаци води до високата му повърхностна активност, която се дължи главно на ： ：
(1) Засиленият хидрофобен ефект на двете хидрофобни опашни вериги на молекулата на повърхностно активното вещество на Близнаци и повишената тенденция на повърхностно активното вещество да напусне водния разтвор.
(2) тенденцията на хидрофилните главни групи да се отделят една от друга, особено йонните глави групи поради електростатично отблъскване, е значително отслабена от влиянието на дистанционера;
(3) Специалната структура на повърхностноактивните вещества на Близнаци влияе върху тяхното поведение на агрегиране във воден разтвор, което им дава по -сложна и променлива морфология на агрегацията.
Повърхностноактивните вещества на Близнаци имат по -висока повърхностна (гранична) активност, по -ниска критична концентрация на мицела, по -добра омокряемост, способност за емулгиране и антибактериална способност в сравнение с конвенционалните повърхностно активни вещества. Следователно, разработването и използването на повърхностноактивни вещества на Близнаци са от голямо значение за развитието и прилагането на ПАВ.
"Амфифилната структура" на конвенционалните повърхностноактивни вещества им дава уникални повърхностни свойства. Както е показано на фигура 1 (с), когато към водата се добавя конвенционално повърхностно активно вещество, хидрофилната глава на главата има тенденция да се разтваря във водния разтвор и хидрофобната група инхибира разтварянето на молекулата на повърхностно активното вещество във вода. При комбинирания ефект на тези две тенденции молекулите на повърхностно активното вещество се обогатяват в интерфейса на газ-течност и претърпяват подредено подреждане, като по този начин се намаляват повърхностното напрежение на водата. За разлика от конвенционалните повърхностноактивни вещества, повърхностноактивните вещества на Близнаци са "димери", които свързват конвенционалните повърхностноактивни вещества заедно чрез дистанционни групи, които могат по -ефективно да намалят повърхностното напрежение на водата и маслото/водата. В допълнение, повърхностноактивните вещества на Близнаци имат по -ниски критични концентрации на мицела, по -добра разтворимост на вода, емулгиране, пенообразуване, намокряне и антибактериални свойства.
| Въвеждане на повърхностноактивни вещества на Близнаци През 1991 г. Menger и Littau [13] подготвят първото повърхностно активно вещество на бис-алкил с твърда група за свързване и го нарекоха „повърхностно активно вещество на Gemini“. През същата година Zana et al. 1996 г., изследователите обобщават и обсъждат повърхностното (гранично) поведение, свойствата на агрегацията, реологията на разтвора и фазовото поведение на различни повърхностноактивни вещества на Близнаци, когато са съчетани с конвенционални повърхностноактивни вещества. През 2002 г. Зана [15] изследва ефекта на различни групи за свързване върху поведението на агрегиране на повърхностноактивни вещества на Близнаци във воден разтвор, работа, която значително напредна развитието на повърхностноактивните вещества и имаше голямо значение. По-късно Qiu et al [16] изобретяват нов метод за синтеза на повърхностноактивни вещества на Близнаци, съдържащи специални структури на базата на цетил бромид и 4-амино-3,5-дихидроксиметил-1,2,4-триазол, което допълнително обогатява начина на гемини сърфактант. |
Изследванията върху повърхностноактивните вещества в Близнаци в Китай започнаха късно; През 1999 г. Джианси Джао от университета Фуджоу направи систематичен преглед на чуждестранни изследвания на повърхностноактивните вещества на Близнаци и привлече вниманието на много изследователски институции в Китай. След това изследванията върху повърхностноактивните вещества на Близнаци в Китай започнаха да процъфтяват и постигат ползотворни резултати. През последните години изследователите се посвещават на развитието на нови повърхностноактивни вещества на Близнаци и изследването на свързаните с тях физикохимични свойства. В същото време приложенията на повърхностноактивни вещества на Близнаци постепенно са разработени в областта на стерилизация и антибактериално, производство на храни, деформация и инхибиране на пяната, бавно освобождаване на лекарството и промишлено почистване. Въз основа на това дали хидрофилните групи в молекулите на ПАВ се зареждат или не и вида на заряда, който носят, повърхностноактивните вещества на Близнаци могат да бъдат разделени на следните категории: катионни, анионни, неионни и амфотерни повърхностноактивни вещества. Сред тях катионните повърхностноактивни вещества от Близнаци обикновено се отнасят до кватернерни амониеви или амониеви солни повърхностноактивни вещества, анионни повърхностноактивни вещества се отнасят до повърхностноактивни вещества, чиито хидрофилни групи са сулфонова киселина, фосфатна и карбоксилова киселина, докато неионни гемини.
1.1 Катионни повърхностноактивни вещества на Близнаци
Катионните повърхностноактивни вещества на Близнаци могат да дисоциират катиони във водни разтвори, главно амоний и кватернерен амониев сол от Близнаци. Катионните повърхностноактивни вещества на Близнаци имат добра биоразградимост, силна способност за обеззаразяване, стабилни химични свойства, ниска токсичност, проста структура, лесен синтез, лесно разделяне и пречистване, а също така имат бактерицидни свойства, антикорозия, антистични свойства и мекота.
Кватернерните повърхностноактивни вещества на базата на амониева сол обикновено се приготвят от третични амини чрез реакции на алкилиране. Има два основни синтетични метода, както следва: единият е дата за кватернизиране на дибромо-заместени алкани и единични алкилни диметилни амини с дълга верига; Другото е дата за кватернириране на 1-бромо-заместени алкани с дълга верига и N, N, N ', N'-тетраметил алкил диамини с безводен етанол като разтворител и отоплителен рефлукс. Въпреки това, заместените с дибромо алкани са по-скъпи и обикновено се синтезират по втория метод, а уравнението на реакцията е показано на фигура 2.
1.2 Анионни повърхностноактивни вещества на Близнаци
Анионните повърхностноактивни вещества на Близнаци могат да дисоциират аниони във воден разтвор, главно сулфонати, сулфатни соли, карбоксилати и фосфатни соли тип Гелини. Анионните повърхностноактивни вещества имат по -добри свойства като обеззаразяване, разпенване, дисперсия, емулгиране и омокряне и се използват широко като почистващи препарати, разпенващи се, омокрящи агенти, емулгатори и дисперсанти.
1.2.1 сулфонати
Sulfonate-based biosurfactants have the advantages of good water solubility, good wettability, good temperature and salt resistance, good detergency, and strong dispersing ability, and they are widely used as detergents, foaming agents, wetting agents, emulsifiers, and dispersants in petroleum, textile industry, and daily-use chemicals because of their relatively wide sources of raw materials, simple production processes, and low costs. Li et al синтезираха поредица от нови повърхностноактивни вещества на дисулфонова киселина (2CN-SCT), типичен повърхностно активно вещество от тип сулфонат, използвайки трихлорамин, алифатен амин и таурин като суровини в реакция от три стъпки.
1.2.2 Сулфатни соли
Сулфатните соли Дъблетите повърхностноактивни вещества имат предимствата на ултра ниско повърхностно напрежение, висока повърхностна активност, добра разтворимост на вода, широк източник на суровини и сравнително прост синтез. Освен това има добри характеристики на измиване и способност за пенообразуване, стабилни характеристики в твърда вода, а сулфатните соли са неутрални или леко алкални във воден разтвор. Както е показано на фигура 3, Sun Dong et al са използвали лауринова киселина и полиетилен гликол като основни суровини и добавят сулфатни естерни връзки чрез реакции на заместване, естерификация и добавяне, като по този начин синтезират сулфатния естер сол барионно повърхностно активно вещество-GA12-S-12.
1.2.3 Соли от карбоксилна киселина
Повърхностноактивните вещества на базата на карбоксилати обикновено са леки, зелени, лесно биоразградими и имат богат източник на естествени суровини, високо метални хелативни свойства, добра устойчивост на твърда вода и дисперсия на калциев сапун, добри пенещи и омокрящи свойства и се използват широко във фармацевтични продукти, текстови, фини химикали и други полета. Въвеждането на амидни групи в карбоксилат на базата на биосърфактанти може да засили биоразградимостта на молекулите на ПАВ и също така да ги накара да имат добро намокряне, емулгиране, дисперсия и дезактивация. Mei et al синтезираха барионова повърхностно активно вещество на базата на карбоксилат CGS-2, съдържащи амидни групи, използвайки додециламин, дибромоетан и сукциничен анхидрид като суровини.
1.2.4 Фосфатни соли
Фактичните вещества от сол от фосфатен естер имат подобна структура на естествените фосфолипиди и са склонни да образуват структури като обратни мицели и везикули. Фактичните вещества от сол от фосфатен естер са широко използвани като антистатични агенти и перилни препарати, докато техните високо емулгиращи свойства и сравнително ниско дразнене доведоха до широкото им използване в личната грижа за кожата. Определени фосфатни естери могат да бъдат противоракови, антитуморни и антибактериални и са разработени десетки лекарства. Биосърфактантите на фосфатния естер са с високи емулгиращи свойства за пестициди и могат да се използват не само като антибактериални и инсектициди, но и като хербициди. Zheng et al изследват синтеза на повърхностноактивни вещества на сол от фосфатен естер от P2O5 и олигомерни диоли на базата на орто-квад Молекулярната формула на калиевата фосфатна сол барионно повърхностно активно вещество е показана на фигура 4.
1.3 Неионни повърхностноактивни вещества на Близнаци
Неионните повърхностноактивни вещества на Близнаци не могат да бъдат дисоциирани във воден разтвор и да съществуват в молекулярна форма. Този тип барионно повърхностно активно вещество е по -малко проучено досега и има два вида, единият е захарно производно, а другият е алкохолен етер и фенол етер. Неоонните повърхностноактивни вещества на Близнаци не съществуват в йонно състояние в разтвор, така че те имат висока стабилност, не се влияят лесно от силни електролити, имат добра сложност с други видове повърхностноактивни вещества и имат добра разтворимост. Следователно, неионните повърхностноактивни вещества имат различни свойства като добра почистване, диспергируемост, емулгиране, разпенване, омокряемост, антистатично свойство и стерилизация и могат да бъдат широко използвани в различни аспекти като пестициди и покрития. Както е показано на фигура 5, през 2004 г., Fitzgerald et al синтезират полиоксиетиленови повърхностноактивни вещества (неионни повърхностноактивни вещества), чиято структура е експресирана като (CN-2H2N-3CHCH2O (CH2CH2O) MH) 2 (CH2) 6 (или GemneM).
02 Физикохимични свойства на повърхностноактивни вещества на Близнаци
2.1 Активност на повърхностноактивни вещества на Близнаци
Най -простият и пряк начин за оценка на повърхностната активност на повърхностноактивните вещества е да се измери повърхностното напрежение на техните водни разтвори. По принцип повърхностноактивните вещества намаляват повърхностното напрежение на разтвор чрез ориентирана подредба на повърхността (гранична) равнина (Фигура 1 (с)). Критичната концентрация на мицела (CMC) на повърхностноактивните вещества на Близнаци е повече от два порядъка по -малка и стойността на С20 е значително по -ниска в сравнение с конвенционалните повърхностно активни вещества с подобни структури. Молекулата на Барионовата повърхностна активна вещество притежава две хидрофилни групи, които му помагат да поддържа добра разтворимост на вода, като същевременно има дълги хидрофобни дълги вериги. На интерфейса за вода/въздух конвенционалните повърхностноактивни вещества са свободно подредени поради ефекта на устойчивост на пространственото място и отблъскването на хомогенни заряди в молекулите, като по този начин отслабват способността им да намаляват повърхностното напрежение на водата. За разлика от тях, свързващите групи повърхностноактивни вещества на Близнаци са ковалентно свързани, така че разстоянието между двете хидрофилни групи да се поддържа в малък диапазон (много по -малко от разстоянието между хидрофилните групи конвенционални повърхностноактивни вещества), което води до по -добра активност на повърхностноактивните вещици на Близнаци на повърхността (граница).
2.2 Структура на сглобяване на повърхностноактивни вещества на Близнаци
Във водни разтвори, с увеличаване на концентрацията на барионно повърхностно активно вещество, молекулите му насищат повърхността на разтвора, което от своя страна принуждава други молекули да мигрират към вътрешността на разтвора за образуване на мицели. Концентрацията, при която ПАВ започва да образува мицели, се нарича критична концентрация на мицела (CMC). Както е показано на фигура 9, след концентрацията е по -голяма от CMC, за разлика от конвенционалните повърхностноактивни вещества, които се агрегират до образуване на сферични мицели, сърфактантите на Близнаците произвеждат различни морфологии на мицелите, като линейни и двуслойни структури, поради техните структурни характеристики. Разликите в размера, формата и хидратацията на мицела оказват пряко влияние върху фазовото поведение и реологичните свойства на разтвора, а също така водят до промени във вискоеластичността на разтвора. Конвенционалните повърхностноактивни вещества, като анионни повърхностноактивни вещества (SDS), обикновено образуват сферични мицели, които почти нямат ефект върху вискозитета на разтвора. Въпреки това, специалната структура на повърхностноактивните вещества на Близнаци води до образуването на по -сложна морфология на мицела и свойствата на техните водни разтвори се различават значително от тези на конвенционалните повърхностноактивни вещества. Вискозитетът на водните разтвори на повърхностноактивни вещества на Близнаци се увеличава с увеличаване на концентрацията на повърхностноактивни вещества на Близнаци, вероятно защото образуваните линейни мицели се преплитат в уеб-подобна структура. Въпреки това, вискозитетът на разтвора намалява с увеличаване на концентрацията на ПАВ, вероятно поради прекъсването на уеб структурата и образуването на други мицелни структури.
03 Антимикробни свойства на повърхностноактивни вещества на Близнаци
Като вид органичен антимикробен агент, антимикробният механизъм на барионния повърхностно активно вещество е главно, че той се комбинира с аниони върху повърхността на клетъчната мембрана на микроорганизмите или реагира със сулфхидрилни групи, за да нарушат производството на техните протеини и клетъчни мембрани, като по този начин унищожават микробиалните тъкани, за да инхибират или убиват микрооргани.
3.1 Антимикробни свойства на анионните повърхностноактивни вещества на Близнаци
Антимикробните свойства на антимикробните анионни повърхностно активни вещества се определят главно от естеството на антимикробните части, които носят. В колоидни разтвори като естествени латекси и покрития, хидрофилните вериги се свързват с водоразтворими дисперсанти, а хидрофобните вериги ще се свържат с хидрофобни дисперсии чрез насочена адсорбция, като по този начин ще трансформират двуфазния интерфейс в плътна молекулярна междуфазна филма. Бактериалните инхибиторни групи на този плътен защитен слой инхибират растежа на бактериите.
Механизмът на бактериално инхибиране на анионни повърхностноактивни вещества е коренно различен от този на катионните повърхностноактивни вещества. Бактериалното инхибиране на анионните повърхностно активни вещества е свързано с тяхната система за разтвори и групите за инхибиране, така че този тип ПАВ може да бъде ограничен. Този тип повърхностно активно вещество трябва да присъства на достатъчно нива, така че повърхностно активното вещество да присъства във всеки ъгъл на системата, за да се получи добър микробициден ефект. В същото време на този вид повърхностно активно вещество няма локализация и насочване, което не само причинява ненужни отпадъци, но и създава съпротива за дълъг период от време.
Като пример, в клиничната медицина са използвани биолюсърфактанти на базата на алкил сулфонат. Алкил сулфонати, като бусулфан и треозулфан, лекуват главно миелопролиферативни заболявания, действащи за получаване на кръстосано свързване между гуанин и уреанурин, докато тази промяна не може да бъде поправена чрез клетъчна корекция, което води до апоптотична клетъчна смърт.
3.2 Антимикробни свойства на катионните повърхностноактивни вещества на Близнаци
Основният вид на развитите повърхностноактивни вещества на катионни Близнаци са кватернерни амониеви сол тип сърфактанти. Кватернерният амониев тип катионни повърхностноактивни вещества имат силен бактерициден ефект, тъй като има две хидрофобни дълги алканови вериги в кватернерни амониеви барионни повърхностно активни вещества, а хидрофобните вериги образуват хидрофобна адсорбция с клетъчната стена (пептидогликан); at the same time, they contain two positively charged nitrogen ions, which will promote the adsorption of surfactant molecules to the surface of negatively charged bacteria, and through penetration and diffusion, the hydrophobic chains penetrate deeply into the Bacterial cell membrane lipid layer, change the permeability of the cell membrane, leading to the rupture of the bacterium, in addition to hydrophilic groups deep into the Протеинът, което води до загуба на ензимна активност и денатурация на протеини, поради комбинирания ефект от тези два ефекта, което прави фунгицидът има силен бактерициден ефект.
От екологична гледна точка обаче тези повърхностноактивни вещества имат хемолитична активност и цитотоксичност, а по -дългото време за контакт с водни организми и биоразграждане може да увеличи тяхната токсичност.
3.3 Антибактериални свойства на неионните повърхностноактивни вещества на Близнаци
Понастоящем има два вида неионни повърхностноактивни вещества на Близнаци, единият е захарно производно, а другият е алкохолен етер и фенол етер.
Антибактериалният механизъм на получените от захар биоосурфактанти се основава на афинитета на молекулите, а повърхностноактивните вещества, получени от захар, могат да се свържат с клетъчните мембрани, които съдържат голям брой фосфолипиди. Когато концентрацията на захарни производни повърхностноактивните вещества достигне определено ниво, тя променя пропускливостта на клетъчната мембрана, образувайки пори и йонни канали, което влияе върху транспортирането на хранителни вещества и обмен на газ, причинявайки изтичането на съдържанието и в крайна сметка води до смъртта на бактерията.
Антибактериалният механизъм на антимикробните средства на фенолни и алкохолни етери трябва да действа върху клетъчната стена или клетъчната мембрана и ензимите, блокирайки метаболитните функции и нарушават регенеративните функции. Например, антимикробните лекарства на дифенилови етери и техните производни (феноли) се потапят в бактериални или вирусни клетки и действат през клетъчната стена и клетъчната мембрана, инхибирайки действието и функцията на ензимите, свързани със синтеза на нуклеинови киселини и протеини, ограничаващи растежа и репродукцията на бактерии. Той също така парализира метаболитните и дихателните функции на ензимите в бактериите, които след това се провалят.
3.4 Антибактериални свойства на повърхностноактивни вещества на амфотерични Близнаци
Амфотерните повърхностноактивни вещества на Близнаци са клас повърхностноактивни вещества, които имат както катиони, така и аниони в тяхната молекулна структура, могат да йонизират във воден разтвор и да проявяват свойствата на анионните повърхностноактивни вещества в едно средно състояние и катионни повърхностно активни вещества в друго средно състояние. Механизмът на бактериално инхибиране на амфотерични повърхностно активни вещества е неубедителен, но обикновено се смята, че инхибирането може да е подобно на това на кватернерните амониеви повърхностно активни вещества, където повърхностно активното вещество лесно се адсорбира върху отрицателно заредената бактериална повърхност и пречи на бактериалния метаболизъм.
3.4.1 Антимикробни свойства на повърхностноактивни вещества на аминокиселини Близнаци
Аминокиселинният тип барионно повърхностно активно вещество е катионен амфотеричен барионен повърхностно активно вещество, съставено от две аминокиселини, така че антимикробният му механизъм е по -подобен на този на кватернерния амониев сол барионен повърхностно активно вещество. Положително заредената част на ПАВ е привлечена от отрицателно заредената част на бактериалната или вирусна повърхност поради електростатично взаимодействие и впоследствие хидрофобните вериги се свързват с липидния двуслоен, което води до изтичане на съдържанието на клетките и лизиса до смъртта. Той има значителни предимства пред кватернерните повърхностноактивни вещества на базата на амоний: лесна биоразградимост, ниска хемолитична активност и ниска токсичност, така че се разработва за неговото приложение и полето му на приложение се разширява.
3.4.2 Антибактериални свойства на повърхностноактивни вещества не-аминокиселини Близнаци
Амфотерните повърхностноактивни вещества, които не са аминокиселини, имат повърхностни активни молекулярни остатъци, съдържащи както неанизиращи се положителни, така и отрицателни центрове за зареждане. Основните повърхностноактивни вещества не-аминокиселини са бетаин, имидазолин и амин оксид. Taking betaine type as an example, betaine-type amphoteric surfactants have both anionic and cationic groups in their molecules, which are not easily affected by inorganic salts and have surfactant effects in both acidic and alkaline solutions, and the antimicrobial mechanism of cationic Gemini Surfactants is followed in acidic solutions and that of anionic Gemini Surfactants in Алкални решения. Освен това има отлични сложни характеристики с други видове повърхностноактивни вещества.
04 Заключение и перспективи
Повърхностноактивните вещества на Близнаци все повече се използват в живота поради специалната си структура и се използват широко в областта на антибактериалната стерилизация, производството на храни, деактивирането и инхибирането на пяната, бавното освобождаване на лекарствата и промишленото почистване. С нарастващото търсене на зелена опазване на околната среда, повърхностноактивните вещества на Близнаци постепенно се развиват в екологични и многофункционални повърхностноактивни вещества. Бъдещите изследвания на повърхностноактивните вещества на Близнаци могат да бъдат проведени в следните аспекти: разработване на нови повърхностноактивни вещества на Близнаци със специални структури и функции, особено засилване на изследването на антибактериални и антивирусни; Съединяване с обикновени повърхностноактивни вещества или добавки за образуване на продукти с по -добра производителност; и използване на евтини и лесно достъпни суровини за синтезиране на екологични повърхностноактивни вещества.
Време за публикация: Mar-25-2022