บทความนี้มุ่งเน้นไปที่กลไกการต้านจุลชีพของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน ซึ่งคาดว่าจะมีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย และสามารถช่วยชะลอการแพร่กระจายของไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ได้
สารลดแรงตึงผิว ซึ่งเป็นคำย่อของคำว่า Surface, Active และ Agent สารลดแรงตึงผิวเป็นสารที่ทำงานบนพื้นผิวและส่วนต่อประสาน และมีความสามารถและประสิทธิภาพสูงมากในการลดแรงตึงของพื้นผิว (ขอบเขต) โดยก่อตัวเป็นส่วนประกอบที่เรียงลำดับตามโมเลกุลในสารละลายที่สูงกว่าความเข้มข้นที่กำหนด และจึงมีฟังก์ชันการใช้งานที่หลากหลาย สารลดแรงตึงผิวมีการกระจายตัวที่ดี ความสามารถในการเปียกน้ำ ความสามารถในการทำให้เป็นอิมัลชัน และคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิต และได้กลายเป็นวัสดุหลักสำหรับการพัฒนาในหลายๆ ด้าน รวมถึงด้านสารเคมีละเอียด และมีส่วนสำคัญในการปรับปรุงกระบวนการ ลดการใช้พลังงาน และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต . ด้วยการพัฒนาของสังคมและความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของระดับอุตสาหกรรมของโลก การใช้สารลดแรงตึงผิวได้ค่อยๆ แพร่กระจายจากสารเคมีที่ใช้ในชีวิตประจำวันไปยังสาขาต่างๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ เช่น สารต้านแบคทีเรีย วัตถุเจือปนอาหาร พลังงานใหม่ การบำบัดมลพิษและ ชีวเภสัชภัณฑ์
สารลดแรงตึงผิวทั่วไปคือสารประกอบ "แอมฟิฟิลิก" ซึ่งประกอบด้วยหมู่ที่ชอบน้ำแบบมีขั้วและกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำแบบไม่มีขั้ว และโครงสร้างโมเลกุลของพวกมันแสดงไว้ในรูปที่ 1(a)
ในปัจจุบัน ด้วยการพัฒนาการกลั่นกรองและการจัดระบบในอุตสาหกรรมการผลิต ความต้องการคุณสมบัติของสารลดแรงตึงผิวในกระบวนการผลิตจึงค่อยๆ เพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องค้นหาและพัฒนาสารลดแรงตึงผิวที่มีคุณสมบัติพื้นผิวที่สูงขึ้นและมีโครงสร้างพิเศษ การค้นพบสารลดแรงตึงผิว Gemini ช่วยลดช่องว่างเหล่านี้และตรงตามข้อกำหนดของการผลิตภาคอุตสาหกรรม สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนทั่วไปคือสารประกอบที่มีหมู่ที่ชอบน้ำ 2 หมู่ (โดยทั่วไปคือไอออนิกหรือไม่มีไอออนที่มีคุณสมบัติชอบน้ำ) และสายโซ่อัลคิลที่ไม่ชอบน้ำ 2 สาย
ดังที่แสดงในรูปที่ 1 (b) ตรงกันข้ามกับสารลดแรงตึงผิวสายเดี่ยวทั่วไป สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนเชื่อมโยงกลุ่มที่ชอบน้ำสองกลุ่มเข้าด้วยกันผ่านกลุ่มเชื่อมโยง (ตัวเว้นระยะ) กล่าวโดยสรุป โครงสร้างของสารลดแรงตึงผิว Gemini สามารถเข้าใจได้ว่าเกิดขึ้นจากการเชื่อมกลุ่มหัวที่ชอบน้ำสองกลุ่มของสารลดแรงตึงผิวทั่วไปเข้าด้วยกันอย่างชาญฉลาดเข้ากับกลุ่มเชื่อมโยง
โครงสร้างพิเศษของสารลดแรงตึงผิว Gemini ทำให้เกิดปฏิกิริยาบนพื้นผิวสูง ซึ่งสาเหตุหลักมาจาก：
(1) ผลที่ไม่ชอบน้ำที่เพิ่มขึ้นของสายโซ่หางที่ไม่ชอบน้ำทั้งสองเส้นของโมเลกุลลดแรงตึงผิว Gemini และแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นของสารลดแรงตึงผิวที่จะออกจากสารละลายที่เป็นน้ำ
(2) แนวโน้มที่กลุ่มหัวที่ชอบน้ำจะแยกออกจากกัน โดยเฉพาะกลุ่มหัวที่เป็นไอออนิกเนื่องจากการผลักกันของไฟฟ้าสถิต จะลดลงอย่างมากจากอิทธิพลของตัวเว้นระยะ
(3) โครงสร้างพิเศษของสารลดแรงตึงผิว Gemini ส่งผลต่อพฤติกรรมการรวมกลุ่มในสารละลายที่เป็นน้ำ ทำให้มีสัณฐานวิทยาการรวมกลุ่มที่ซับซ้อนและแปรผันมากขึ้น
สารลดแรงตึงผิว Gemini มีฤทธิ์ที่พื้นผิว (ขอบเขต) ที่สูงกว่า มีความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤตต่ำกว่า มีความสามารถในการเปียกน้ำได้ดีกว่า มีความสามารถในการทำให้เป็นอิมัลชัน และมีความสามารถต้านเชื้อแบคทีเรียเมื่อเปรียบเทียบกับสารลดแรงตึงผิวทั่วไป ดังนั้นการพัฒนาและการใช้สารลดแรงตึงผิว Gemini จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาและการประยุกต์ใช้สารลดแรงตึงผิว
"โครงสร้างแอมฟิฟิลิก" ของสารลดแรงตึงผิวทั่วไปทำให้มีคุณสมบัติพื้นผิวที่เป็นเอกลักษณ์ ดังที่แสดงในรูปที่ 1(c) เมื่อเติมสารลดแรงตึงผิวแบบธรรมดาลงในน้ำ กลุ่มส่วนหัวที่ชอบน้ำมีแนวโน้มที่จะละลายภายในสารละลายที่เป็นน้ำ และกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำจะยับยั้งการละลายของโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวในน้ำ ภายใต้ผลรวมของแนวโน้มทั้งสองนี้ โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจะถูกเสริมสมรรถนะที่ส่วนต่อประสานระหว่างก๊าซและของเหลว และได้รับการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ ซึ่งช่วยลดแรงตึงผิวของน้ำ ซึ่งแตกต่างจากสารลดแรงตึงผิวทั่วไป Gemini Surfactant คือ "ไดเมอร์" ที่เชื่อมโยงสารลดแรงตึงผิวทั่วไปเข้าด้วยกันผ่านกลุ่มตัวเว้นระยะ ซึ่งสามารถลดแรงตึงผิวของน้ำและแรงตึงผิวระหว่างน้ำมัน/น้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้ สารลดแรงตึงผิว Gemini ยังมีความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤตที่ต่ำกว่า ความสามารถในการละลายน้ำได้ดีขึ้น การทำให้เป็นอิมัลชัน การเกิดฟอง การทำให้เปียก และคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรีย
| บทนำของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน ในปี พ.ศ. 2534 Menger และ Littau [13] ได้เตรียมสารลดแรงตึงผิวสายโซ่บิส-อัลคิลตัวแรกที่มีหมู่เชื่อมต่อแบบแข็ง และตั้งชื่อให้ว่า "สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน" ในปีเดียวกันนั้น Zana และคณะ [14] ได้เตรียมชุดเกลือลดแรงตึงผิวราศีเมถุนเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีเป็นครั้งแรกและตรวจสอบคุณสมบัติของเกลือลดแรงตึงผิวราศีเมถุนควอเทอร์นารีแอมโมเนียมชุดนี้อย่างเป็นระบบ ในปี 1996 นักวิจัยได้สรุปและอภิปรายเกี่ยวกับพฤติกรรมของพื้นผิว (ขอบเขต) คุณสมบัติการรวมตัว รีโอโลจีของสารละลาย และพฤติกรรมเฟสของสารลดแรงตึงผิว Gemini ต่างๆ เมื่อผสมกับสารลดแรงตึงผิวทั่วไป ในปี 2002 Zana [15] ได้ตรวจสอบผลกระทบของกลุ่มเชื่อมโยงต่างๆ ต่อพฤติกรรมการรวมตัวของสารลดแรงตึงผิว Gemini ในสารละลายที่เป็นน้ำ ซึ่งเป็นงานที่ก้าวหน้าอย่างมากในการพัฒนาสารลดแรงตึงผิวและมีความสำคัญอย่างยิ่ง ต่อมา Qiu et al [16] ได้คิดค้นวิธีการใหม่สำหรับการสังเคราะห์สารลดแรงตึงผิว Gemini ที่มีโครงสร้างพิเศษซึ่งประกอบด้วย cetyl bromide และ 4-amino-3,5-dihydroxymethyl-1,2,4-triazole ซึ่งทำให้วิธีการของ การสังเคราะห์สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน |
การวิจัยเกี่ยวกับสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนในประเทศจีนเริ่มต้นช้า ในปี 1999 Jianxi Zhao จากมหาวิทยาลัย Fuzhou ได้ทำการทบทวนงานวิจัยจากต่างประเทศเกี่ยวกับ Gemini Surfactants อย่างเป็นระบบ และได้รับความสนใจจากสถาบันวิจัยหลายแห่งในประเทศจีน หลังจากนั้นการวิจัยเกี่ยวกับสารลดแรงตึงผิว Gemini ในประเทศจีนก็เริ่มเฟื่องฟูและบรรลุผลสำเร็จ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้ทุ่มเทให้กับการพัฒนาสารลดแรงตึงผิว Gemini ใหม่และการศึกษาคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่เกี่ยวข้อง ในเวลาเดียวกัน การใช้งานของสารลดแรงตึงผิว Gemini ได้รับการพัฒนาอย่างค่อยเป็นค่อยไปในด้านของการฆ่าเชื้อและต้านเชื้อแบคทีเรีย การผลิตอาหาร การยับยั้งการเกิดฟองและการยับยั้งฟอง การปลดปล่อยยาช้า และการทำความสะอาดทางอุตสาหกรรม ขึ้นอยู่กับว่าหมู่ที่ชอบน้ำในโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวนั้นมีประจุหรือไม่ และประเภทของประจุที่พวกมันมี สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนสามารถแบ่งออกได้เป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้: สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุบวก ประจุลบ ประจุลบ และสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนแบบแอมโฟเทอริก ในหมู่พวกเขา สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุบวกโดยทั่วไปหมายถึงควอเตอร์นารีแอมโมเนียมหรือเกลือแอมโมเนียมสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุลบส่วนใหญ่หมายถึงสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนซึ่งมีกลุ่มที่ชอบน้ำคือกรดซัลโฟนิก, ฟอสเฟตและกรดคาร์บอกซิลิก ในขณะที่สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนไม่มีประจุส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนแบบโพลีออกซีเอทิลีน
1.1 สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุบวก
สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุบวกสามารถแยกไอออนบวกในสารละลายที่เป็นน้ำ โดยส่วนใหญ่เป็นแอมโมเนียมและเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุบวกมีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพได้ดี ความสามารถในการปนเปื้อนที่แข็งแกร่ง คุณสมบัติทางเคมีที่เสถียร ความเป็นพิษต่ำ โครงสร้างที่เรียบง่าย การสังเคราะห์ง่าย การแยกและทำให้บริสุทธิ์ได้ง่าย และยังมีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ป้องกันการกัดกร่อน คุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ และความนุ่มนวล
สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนที่มีเกลือควอเตอร์นารีแอมโมเนียมโดยทั่วไปเตรียมจากเอมีนตติยภูมิโดยปฏิกิริยาอัลคิเลชัน มีสองวิธีการสังเคราะห์หลักดังนี้ วิธีแรกคือการแยกอัลเคนที่แทนที่ไดโบรโมและเอมีนตติยภูมิอัลคิลไดเมทิลสายโซ่ยาวเดี่ยว อีกวิธีหนึ่งคือการแยกอัลเคนสายโซ่ยาวที่แทนที่ 1-โบรโมและ N, N, N', N'-tetramethyl alkyl diamines ด้วยเอธานอลแบบไม่มีน้ำเป็นตัวทำละลายและกรดไหลย้อน อย่างไรก็ตาม อัลเคนที่แทนที่ไดโบรโมจะมีราคาแพงกว่าและมักถูกสังเคราะห์โดยวิธีที่สอง และสมการปฏิกิริยาจะแสดงในรูปที่ 2
1.2 สารลดแรงตึงผิวประจุลบราศีเมถุน
สารลดแรงตึงผิว Anionic Gemini สามารถแยกไอออนของประจุลบในสารละลายในน้ำ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นซัลโฟเนต เกลือซัลเฟต คาร์บอกซิเลต และเกลือฟอสเฟตประเภทสารลดแรงตึงผิว Gemini สารลดแรงตึงผิวแบบประจุลบมีคุณสมบัติที่ดีกว่า เช่น การชำระล้าง การเกิดฟอง การกระจายตัว การทำอิมัลชัน และการทำให้เปียก และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะผงซักฟอก สารทำให้เกิดฟอง สารทำให้เปียก สารอิมัลซิไฟเออร์ และสารช่วยกระจายตัว
1.2.1 ซัลโฟเนต
สารลดแรงตึงผิวที่มีซัลโฟเนตเป็นส่วนประกอบหลักมีข้อดีในเรื่องความสามารถในการละลายน้ำได้ดี ความสามารถในการเปียกได้ดี อุณหภูมิและความต้านทานต่อเกลือที่ดี ความสามารถในการชะล้างที่ดี และความสามารถในการกระจายตัวที่แข็งแกร่ง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะผงซักฟอก สารทำให้เกิดฟอง สารทำให้เปียก อิมัลซิไฟเออร์ และสารช่วยกระจายตัวในปิโตรเลียม อุตสาหกรรมสิ่งทอ และเคมีภัณฑ์ที่ใช้ในชีวิตประจำวัน เนื่องจากมีแหล่งวัตถุดิบค่อนข้างมาก มีกระบวนการผลิตที่เรียบง่าย และมีต้นทุนต่ำ Li และคณะได้สังเคราะห์ชุดของสารลดแรงตึงผิว Gemini กรดไดอัลคิลไดซัลโฟนิก (2Cn-SCT) ใหม่ ซึ่งเป็นสารลดแรงตึงผิวแบริโอนิกชนิดซัลโฟเนตทั่วไป โดยใช้ไตรคลอรามีน อะลิฟาติกเอมีน และทอรีนเป็นวัตถุดิบในปฏิกิริยาสามขั้นตอน
1.2.2 เกลือซัลเฟต
สารลดแรงตึงผิวแบบดับเบิ้ลเล็ตของเกลือซัลเฟตเอสเทอร์มีข้อดีคือแรงตึงผิวต่ำเป็นพิเศษ กิจกรรมพื้นผิวสูง ละลายน้ำได้ดี มีแหล่งวัตถุดิบที่กว้างขวาง และการสังเคราะห์ที่ค่อนข้างง่าย นอกจากนี้ยังมีประสิทธิภาพการซักที่ดีและความสามารถในการเกิดฟอง ประสิทธิภาพที่มั่นคงในน้ำกระด้าง และเกลือซัลเฟตเอสเทอร์มีความเป็นกลางหรือเป็นด่างเล็กน้อยในสารละลายที่เป็นน้ำ ดังที่แสดงในรูปที่ 3 Sun Dong และคณะใช้กรดลอริกและโพลีเอทิลีนไกลคอลเป็นวัตถุดิบหลักและเพิ่มพันธะซัลเฟตเอสเทอร์ผ่านการแทนที่ ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชัน และการเติม จึงสังเคราะห์เกลือซัลเฟตเอสเทอร์ประเภทลดแรงตึงผิวแบริโอนิก-GA12-S-12
1.2.3 เกลือของกรดคาร์บอกซิลิก
สารลดแรงตึงผิว Gemini ที่ใช้คาร์บอกซิเลทมักจะไม่รุนแรง สีเขียว ย่อยสลายทางชีวภาพได้ง่าย และมีแหล่งวัตถุดิบธรรมชาติที่อุดมสมบูรณ์ คุณสมบัติคีเลตโลหะสูง ทนทานต่อน้ำกระด้างได้ดี และการกระจายตัวของสบู่แคลเซียม มีคุณสมบัติเกิดฟองและเปียกที่ดี และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านเภสัชกรรม สิ่งทอ เคมีภัณฑ์ชั้นดี และสาขาอื่นๆ การแนะนำกลุ่มเอไมด์ในสารลดแรงตึงผิวที่มีคาร์บอกซิเลทสามารถเพิ่มความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพของโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิว และยังทำให้มีคุณสมบัติในการทำให้เปียก การทำให้เป็นอิมัลชัน การกระจายตัว และการชำระล้างการปนเปื้อนที่ดีอีกด้วย Mei และคณะได้สังเคราะห์สารลดแรงตึงผิวแบริโอนิก CGS-2 ที่มีคาร์บอกซิเลทซึ่งมีกลุ่มเอไมด์โดยใช้โดเดซิลามีน ไดโบรโมอีเทน และซัคซินิกแอนไฮไดรด์เป็นวัตถุดิบ
1.2.4 เกลือฟอสเฟต
สารลดแรงตึงผิวประเภทเกลือฟอสเฟตเอสเตอร์ราศีเมถุนมีโครงสร้างคล้ายกับฟอสโฟลิพิดตามธรรมชาติ และมีแนวโน้มที่จะสร้างโครงสร้าง เช่น รีเวิร์สไมเซลล์และเวสิเคิล สารลดแรงตึงผิวประเภทเกลือฟอสเฟตเอสเทอร์ Gemini ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารป้องกันไฟฟ้าสถิตและน้ำยาซักผ้า ในขณะที่คุณสมบัติในการทำให้เป็นอิมัลชันสูงและการระคายเคืองที่ค่อนข้างต่ำ ได้นำไปสู่การใช้อย่างกว้างขวางในการดูแลผิวส่วนบุคคล ฟอสเฟตเอสเทอร์บางชนิดสามารถเป็นสารต้านมะเร็ง ต้านมะเร็ง และต้านเชื้อแบคทีเรียได้ และมีการพัฒนายาหลายสิบชนิด สารลดแรงตึงผิวชนิดเกลือฟอสเฟตเอสเตอร์มีคุณสมบัติในการทำให้เป็นอิมัลชันสูงสำหรับยาฆ่าแมลง และสามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่เป็นยาต้านแบคทีเรียและยาฆ่าแมลงเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เป็นยากำจัดวัชพืชได้อีกด้วย เจิ้งและคณะศึกษาการสังเคราะห์เกลือฟอสเฟตเอสเทอร์สารลดแรงตึงผิว Gemini จาก P2O5 และโอลิโกเมอริกไดออลที่มีออร์โธควอต ซึ่งมีผลทำให้เปียกได้ดีกว่า คุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตได้ดี และกระบวนการสังเคราะห์ที่ค่อนข้างง่ายโดยมีสภาวะปฏิกิริยาที่ไม่รุนแรง สูตรโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวแบริโอนิกเกลือโพแทสเซียมฟอสเฟตแสดงในรูปที่ 4
1.3 สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนที่ไม่ใช่ไอออนิก
สารลดแรงตึงผิว Nonionic Gemini ไม่สามารถแยกตัวออกจากสารละลายในน้ำได้และมีอยู่ในรูปโมเลกุล จนถึงขณะนี้ สารลดแรงตึงผิวแบริโอนิกประเภทนี้ยังได้รับการศึกษาน้อย และมีสองประเภท ประเภทหนึ่งคืออนุพันธ์ของน้ำตาล และอีกประเภทคือแอลกอฮอล์อีเทอร์และฟีนอลอีเทอร์ สารลดแรงตึงผิวประเภท Nonionic Gemini ไม่มีอยู่ในสถานะไอออนิกในสารละลาย ดังนั้นจึงมีเสถียรภาพสูง ไม่ได้รับผลกระทบจากอิเล็กโทรไลต์เข้มข้น มีความซับซ้อนได้ดีกับสารลดแรงตึงผิวประเภทอื่นๆ และมีความสามารถในการละลายได้ดี ดังนั้นสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุจึงมีคุณสมบัติต่างๆ เช่น สารชะล้างที่ดี ความสามารถในการกระจายตัว อิมัลชัน การเกิดฟอง ความสามารถในการเปียกน้ำ คุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ และการฆ่าเชื้อ และสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น ยาฆ่าแมลงและสารเคลือบ ดังที่แสดงในรูปที่ 5 ในปี 2004 FitzGerald และคณะได้สังเคราะห์สารลดแรงตึงผิว Gemini ที่ใช้โพลีออกซีเอทิลีน (สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีไอออน) ซึ่งมีโครงสร้างแสดงเป็น (Cn-2H2n-3CHCH2O(CH2CH2O)mH)2(CH2)6 (หรือ GemnEm)
02 คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน
2.1 ฤทธิ์ของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน
วิธีที่ง่ายและตรงไปตรงมาที่สุดในการประเมินกิจกรรมพื้นผิวของสารลดแรงตึงผิวคือการวัดแรงตึงผิวของสารละลายที่เป็นน้ำ โดยหลักการแล้ว สารลดแรงตึงผิวจะลดแรงตึงผิวของสารละลายโดยการจัดเรียงบนระนาบพื้นผิว (ขอบเขต) (รูปที่ 1(c)) ความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤต (CMC) ของสารลดแรงตึงผิว Gemini มีค่าน้อยกว่าสองลำดับความสำคัญ และค่า C20 นั้นต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับสารลดแรงตึงผิวทั่วไปที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน โมเลกุลลดแรงตึงผิวแบบแบริโอนิกมีกลุ่มที่ชอบน้ำสองกลุ่มที่ช่วยรักษาความสามารถในการละลายน้ำได้ดีในขณะที่มีสายยาวที่ไม่ชอบน้ำ ที่ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำ/อากาศ สารลดแรงตึงผิวแบบทั่วไปจะถูกจัดเรียงอย่างหลวม ๆ เนื่องจากผลกระทบด้านความต้านทานเชิงพื้นที่และการผลักกันของประจุที่เป็นเนื้อเดียวกันในโมเลกุล ซึ่งทำให้ความสามารถในการลดแรงตึงผิวของน้ำลดลง ในทางตรงกันข้าม กลุ่มที่เชื่อมโยงของสารลดแรงตึงผิว Gemini นั้นจะถูกพันธะโควาเลนต์เพื่อให้ระยะห่างระหว่างกลุ่มที่ชอบน้ำทั้งสองกลุ่มนั้นถูกรักษาให้อยู่ในช่วงเล็กๆ (น้อยกว่าระยะห่างระหว่างกลุ่มที่ชอบน้ำของสารลดแรงตึงผิวทั่วไป) ส่งผลให้มีฤทธิ์ที่ดีขึ้นของสารลดแรงตึงผิว Gemini ที่ พื้นผิว (ขอบเขต)
2.2 โครงสร้างการประกอบของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน
ในสารละลายที่เป็นน้ำ เมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวแบบแบริโอนิกเพิ่มขึ้น โมเลกุลของมันก็จะทำให้พื้นผิวของสารละลายอิ่มตัว ซึ่งในทางกลับกันจะบังคับให้โมเลกุลอื่นๆ ย้ายไปยังด้านในของสารละลายเพื่อก่อตัวเป็นไมเซลล์ ความเข้มข้นที่สารลดแรงตึงผิวเริ่มก่อตัวเป็นไมเซลล์เรียกว่าความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤต (CMC) ดังที่แสดงในรูปที่ 9 หลังจากที่ความเข้มข้นมากกว่า CMC ซึ่งแตกต่างจากสารลดแรงตึงผิวทั่วไปที่รวมตัวกันเป็นไมเซลล์ทรงกลม สารลดแรงตึงผิวของ Gemini ผลิตสัณฐานวิทยาของไมเซลล์ที่หลากหลาย เช่น โครงสร้างเชิงเส้นและสองชั้น เนื่องจากลักษณะทางโครงสร้างของสารลดแรงตึงผิว ความแตกต่างของขนาดไมเซลล์ รูปร่าง และความชุ่มชื้นมีผลกระทบโดยตรงต่อพฤติกรรมของเฟสและคุณสมบัติทางรีโอโลยีของสารละลาย และยังนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความหนืดของสารละลายอีกด้วย สารลดแรงตึงผิวทั่วไป เช่น สารลดแรงตึงผิวประจุลบ (SDS) มักจะก่อตัวเป็นไมเซลล์ทรงกลม ซึ่งแทบไม่มีผลกระทบต่อความหนืดของสารละลาย อย่างไรก็ตาม โครงสร้างพิเศษของสารลดแรงตึงผิว Gemini นำไปสู่การก่อตัวของสัณฐานวิทยาของไมเซลล์ที่ซับซ้อนมากขึ้น และคุณสมบัติของสารละลายที่เป็นน้ำจะแตกต่างอย่างมากจากคุณสมบัติของสารลดแรงตึงผิวทั่วไป ความหนืดของสารละลายในน้ำของสารลดแรงตึงผิว Gemini จะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของสารลดแรงตึงผิว Gemini อาจเป็นเพราะไมเซลล์เชิงเส้นที่ก่อตัวพันกันเป็นโครงสร้างคล้ายใยแมงมุม อย่างไรก็ตาม ความหนืดของสารละลายจะลดลงตามความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจเนื่องมาจากการหยุดชะงักของโครงสร้างเว็บและการก่อตัวของโครงสร้างไมเซลล์อื่นๆ
03 คุณสมบัติต้านจุลชีพของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน
ในฐานะที่เป็นสารต้านจุลชีพอินทรีย์ชนิดหนึ่ง กลไกการต้านจุลชีพของสารลดแรงตึงผิวแบบแบริโอนิกส่วนใหญ่จะรวมเข้ากับแอนไอออนบนพื้นผิวเยื่อหุ้มเซลล์ของจุลินทรีย์หรือทำปฏิกิริยากับหมู่ซัลไฮดริลเพื่อขัดขวางการผลิตโปรตีนและเยื่อหุ้มเซลล์ จึงทำลายเนื้อเยื่อจุลินทรีย์เพื่อยับยั้ง หรือฆ่าเชื้อจุลินทรีย์
3.1 คุณสมบัติต้านจุลชีพของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุลบ
คุณสมบัติต้านจุลชีพของสารลดแรงตึงผิวประจุลบต้านจุลชีพถูกกำหนดโดยธรรมชาติของมอยอิตีต้านจุลชีพที่พวกมันมีอยู่เป็นหลัก ในสารละลายคอลลอยด์ เช่น น้ำยางธรรมชาติและสารเคลือบ โซ่ที่ชอบน้ำจับกับสารช่วยกระจายตัวที่ละลายน้ำได้ และโซ่ที่ไม่ชอบน้ำจะจับกับการกระจายตัวที่ไม่ชอบน้ำโดยการดูดซับแบบทิศทาง จึงเปลี่ยนส่วนต่อประสานสองเฟสให้เป็นฟิล์มโมเลกุลที่หนาแน่น กลุ่มยับยั้งแบคทีเรียบนชั้นป้องกันที่มีความหนาแน่นนี้ยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย
กลไกการยับยั้งแบคทีเรียของสารลดแรงตึงผิวประจุลบมีความแตกต่างโดยพื้นฐานจากสารลดแรงตึงผิวประจุบวก การยับยั้งแบคทีเรียของสารลดแรงตึงผิวแบบประจุลบสัมพันธ์กับระบบสารละลายและกลุ่มการยับยั้ง ดังนั้น สารลดแรงตึงผิวประเภทนี้จึงสามารถจำกัดได้ สารลดแรงตึงผิวประเภทนี้ต้องมีอยู่ในระดับที่เพียงพอเพื่อให้สารลดแรงตึงผิวมีอยู่ในทุกมุมของระบบเพื่อสร้างฤทธิ์ฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ดี ในเวลาเดียวกัน สารลดแรงตึงผิวประเภทนี้ยังขาดการระบุตำแหน่งและการกำหนดเป้าหมาย ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้เกิดของเสียโดยไม่จำเป็น แต่ยังสร้างความต้านทานในระยะเวลานานอีกด้วย
ตัวอย่างเช่น สารลดแรงตึงผิวที่มีพื้นฐานจากอัลคิลซัลโฟเนตถูกนำมาใช้ในการแพทย์ทางคลินิก อัลคิลซัลโฟเนต เช่น Busulfan และ Treosulfan ส่วนใหญ่จะรักษาโรคที่เกิดจากการเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อ โดยทำหน้าที่สร้างการเชื่อมโยงข้ามระหว่างกัวนีนและยูเรียไพรีน ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่สามารถซ่อมแซมได้ด้วยการพิสูจน์อักษรระดับเซลล์ ซึ่งส่งผลให้เซลล์ตายจากการตายของเซลล์
3.2 คุณสมบัติต้านจุลชีพของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุบวก
ประเภทหลักของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุบวกที่พัฒนาขึ้นคือเกลือลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประเภทควอเทอร์นารีแอมโมเนียม สารลดแรงตึงผิวชนิดประจุบวกราศีเมถุนชนิดควอเตอร์นารีแอมโมเนียมมีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่รุนแรงเนื่องจากมีโซ่อัลเคนยาวที่ไม่ชอบน้ำสองเส้นในโมเลกุลลดแรงตึงผิวแบริออนชนิดควอเทอร์นารีแอมโมเนียม และโซ่ที่ไม่ชอบน้ำจะสร้างการดูดซับที่ไม่ชอบน้ำกับผนังเซลล์ (peptidoglycan); ในเวลาเดียวกัน พวกมันประกอบด้วยไอออนไนโตรเจนที่มีประจุบวกสองตัว ซึ่งจะส่งเสริมการดูดซับโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวไปยังพื้นผิวของแบคทีเรียที่มีประจุลบ และผ่านการแทรกซึมและการแพร่กระจาย โซ่ที่ไม่ชอบน้ำจะเจาะลึกเข้าไปในชั้นไขมันของเยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรีย เปลี่ยน การซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ทำให้เกิดการแตกของแบคทีเรีย นอกเหนือจากกลุ่มที่ชอบน้ำที่อยู่ลึกเข้าไปในโปรตีน นำไปสู่การสูญเสียการทำงานของเอนไซม์และการสูญเสียสภาพของโปรตีน เนื่องจากผลรวมของผลกระทบทั้งสองนี้ ทำให้สารฆ่าเชื้อรามี มีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่แข็งแกร่ง
อย่างไรก็ตาม จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้มีฤทธิ์ทำลายเม็ดเลือดแดงและความเป็นพิษต่อเซลล์ และเวลาในการสัมผัสกับสิ่งมีชีวิตในน้ำและการย่อยสลายทางชีวภาพนานขึ้นสามารถเพิ่มความเป็นพิษได้
3.3 คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนแบบไม่มีประจุ
ปัจจุบันสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนชนิดไม่มีประจุมีอยู่ 2 ประเภท ประเภทแรกคืออนุพันธ์ของน้ำตาล และอีกประเภทคือแอลกอฮอล์อีเทอร์และฟีนอลอีเทอร์
กลไกต้านเชื้อแบคทีเรียของสารลดแรงตึงผิวจากน้ำตาลนั้นขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของโมเลกุล และสารลดแรงตึงผิวจากน้ำตาลสามารถจับกับเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งมีฟอสโฟลิปิดจำนวนมาก เมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวที่เป็นอนุพันธ์ของน้ำตาลถึงระดับหนึ่ง มันจะเปลี่ยนการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้เกิดรูพรุนและช่องไอออน ซึ่งส่งผลต่อการขนส่งสารอาหารและการแลกเปลี่ยนก๊าซ ทำให้เกิดการรั่วไหลของเนื้อหา และนำไปสู่ความตายในที่สุด แบคทีเรีย.
กลไกการต้านเชื้อแบคทีเรียของสารต้านจุลชีพอีเทอร์ฟีนอลและแอลกอฮอล์คือออกฤทธิ์ต่อผนังเซลล์หรือเยื่อหุ้มเซลล์และเอนไซม์ ขัดขวางการทำงานของเมตาบอลิซึม และขัดขวางการทำงานของการสร้างใหม่ ตัวอย่างเช่น ยาต้านจุลชีพของไดฟีนิลอีเทอร์และอนุพันธ์ของพวกมัน (ฟีนอล) จะถูกแช่อยู่ในเซลล์แบคทีเรียหรือไวรัส และออกฤทธิ์ผ่านผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ ยับยั้งการทำงานและการทำงานของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกและโปรตีน ซึ่งจำกัด การเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของแบคทีเรีย นอกจากนี้ยังทำให้การทำงานของเอนไซม์ภายในแบคทีเรียเป็นอัมพาตและทำให้ระบบหายใจล้มเหลว
3.4 คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนแบบ amphoteric
สารลดแรงตึงผิว Amphoteric Gemini เป็นสารลดแรงตึงผิวประเภทหนึ่งที่มีทั้งแคตไอออนและแอนไอออนในโครงสร้างโมเลกุล สามารถแตกตัวเป็นไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำ และแสดงคุณสมบัติของสารลดแรงตึงผิวชนิดประจุลบในสภาวะตัวกลางหนึ่ง และสารลดแรงตึงผิวของประจุบวกในสภาวะตัวกลางอีกตัวหนึ่ง กลไกการยับยั้งแบคทีเรียของสารลดแรงตึงผิวแบบ amphoteric ยังไม่สามารถสรุปได้ แต่โดยทั่วไปเชื่อกันว่าการยับยั้งอาจคล้ายคลึงกับการยับยั้งของสารลดแรงตึงผิวแบบควอเตอร์นารีแอมโมเนียม โดยที่สารลดแรงตึงผิวจะถูกดูดซับได้ง่ายบนพื้นผิวแบคทีเรียที่มีประจุลบ และรบกวนการเผาผลาญของแบคทีเรีย
3.4.1 คุณสมบัติต้านจุลชีพของกรดอะมิโนสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน
สารลดแรงตึงผิวแบริโอนิกประเภทกรดอะมิโนเป็นสารลดแรงตึงผิวแบริโอนิกชนิดแอมโฟเทอริกประจุบวกที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนสองตัว ดังนั้นกลไกการต้านจุลชีพของมันจึงคล้ายกับกลไกลดแรงตึงผิวแบริโอนิกชนิดเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียมมากกว่า ส่วนที่มีประจุบวกของสารลดแรงตึงผิวจะถูกดึงดูดไปยังส่วนที่มีประจุลบของพื้นผิวแบคทีเรียหรือไวรัสเนื่องจากปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิต และต่อมาสายโซ่ที่ไม่ชอบน้ำจะจับกับชั้นไขมัน ทำให้เกิดการไหลของเนื้อหาของเซลล์และการสลายจนตาย มีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือสารลดแรงตึงผิว Gemini ที่ใช้แอมโมเนียมควอเทอร์นารี: ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพได้ง่าย มีฤทธิ์ในการสลายเม็ดเลือดแดงต่ำ และความเป็นพิษต่ำ ดังนั้นจึงมีการพัฒนาสำหรับการใช้งานและขอบเขตการใช้งานก็กำลังขยายออกไป
3.4.2 คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนชนิดไม่มีกรดอะมิโน
สารลดแรงตึงผิว Gemini ประเภทแอมโฟเทอริกที่ไม่ใช่กรดอะมิโนมีสารตกค้างโมเลกุลที่แอคทีฟที่พื้นผิวซึ่งประกอบด้วยศูนย์ประจุบวกและลบที่ไม่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประเภทที่ไม่ใช่กรดอะมิโนหลัก ได้แก่ เบทาอีน อิมิดาโซลีน และเอมีนออกไซด์ ยกตัวอย่างประเภทเบทาอีน สารลดแรงตึงผิวชนิดแอมโฟเทอริกประเภทเบทาอีนมีทั้งหมู่ประจุลบและประจุบวกในโมเลกุล ซึ่งไม่ได้รับผลกระทบจากเกลืออนินทรีย์ได้ง่ายและมีฤทธิ์ลดแรงตึงผิวในสารละลายทั้งที่เป็นกรดและด่าง และกลไกการต้านจุลชีพของสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุบวกคือ ตามด้วยสารละลายที่เป็นกรดและสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนประจุลบในสารละลายอัลคาไลน์ นอกจากนี้ยังมีประสิทธิภาพการผสมที่ดีเยี่ยมกับสารลดแรงตึงผิวชนิดอื่น
04 บทสรุปและแนวโน้ม
สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนมีการใช้กันมากขึ้นในชีวิตเนื่องจากมีโครงสร้างพิเศษ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านของการฆ่าเชื้อด้วยแบคทีเรีย การผลิตอาหาร การยับยั้งการเกิดฟองและการยับยั้งโฟม การปลดปล่อยตัวยาช้า และการทำความสะอาดทางอุตสาหกรรม ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการปกป้องสิ่งแวดล้อมสีเขียว สารลดแรงตึงผิว Gemini จึงค่อยๆ พัฒนาเป็นสารลดแรงตึงผิวที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและใช้งานได้หลากหลาย การวิจัยในอนาคตเกี่ยวกับสารลดแรงตึงผิว Gemini สามารถดำเนินการได้ในด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้ การพัฒนาสารลดแรงตึงผิว Gemini ใหม่ที่มีโครงสร้างและหน้าที่พิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเสริมสร้างการวิจัยด้านต้านเชื้อแบคทีเรียและไวรัส ผสมกับสารลดแรงตึงผิวหรือสารเติมแต่งทั่วไปเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพดีขึ้น และใช้วัตถุดิบราคาถูกและหาซื้อได้ง่ายเพื่อสังเคราะห์สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
เวลาโพสต์: 25 มี.ค.-2022