بیوسیدهای غیر اکسید کننده یک کلاس از مواد شیمیایی است که برای کنترل رشد میکروارگانیسم ها مانند باکتری ها ، قارچ ها و جلبک ها بدون تکیه بر مکانیسم اکسیداتیو معمولی برای سایر عوامل بیوسیدال مانند کلر ، ازن یا پراکسید هیدروژن استفاده می شود. این بیوسیدها در بسیاری از صنایع از جمله تصفیه آب ، سیستم های خنک کننده صنعتی و تولید نفت و گاز ضروری هستند ، که در آن اکسیداسیون ممکن است باعث آسیب به مواد ، تجهیزات یا فرآیندهای حساس شود.
برای درک چگونگی کار بیوسیدهای غیر اکسید کننده ، ما باید بر خلاف عوامل اکسید کننده ، مکانیسم ها ، برنامه ها و مزایای شیمیایی آنها را کشف کنیم.
1. اصول بیوسیدهای غیر اکسید کننده
در هسته ، بیوکسیدهای غیر اکسید کننده از طریق مکانیسم های شیمیایی مختلف که شامل اکسیداسیون نمی شوند ، عمل می کنند. بر خلاف بیوسیدهای اکسید کننده ، که با انتقال الکترون ها از یک ماده به ماده دیگر کار می کنند (از این طریق به اجزای سلولی مانند آنزیم ها ، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک آسیب می رسانند) ، بیوکسیدهای غیر اکسید کننده ای برای ایجاد اختلال در زندگی میکروبی به روش های هدفمندتر و غیر اکسیدانی طراحی شده اند. مکانیسم دقیق به ماهیت شیمیایی خاص بیوسید بستگی دارد ، اما برخی از روش های کلیدی عبارتند از:
اختلال در غشای سلولی: بیوسیدهای غیر اکسید کننده ، مانند ترکیبات آمونیوم کواترنر (کوات) ، یکپارچگی غشاهای سلول میکروبی را مختل می کنند. این ترکیبات دارای اجزای آبگریز و آبگریز هستند که با لایه های لیپیدی در غشای سلولی در تعامل هستند. درج مولکول های چهار نفره غشای را مختل می کند و منجر به نشت محتوای سلولی و در نهایت مرگ میکروبی می شود.
مهار فرآیندهای سلولی: برخی از بیوسیدهای غیر اکسید کننده آنزیم های هدف یا مسیرهای متابولیکی برای بقای میکروارگانیسم بسیار مهم هستند. به عنوان مثال ، برخی از بیوسیدها سنتز پروتئین را مسدود می کنند یا عملکرد آنزیم های درگیر در تولید انرژی را مهار می کنند. بدون توانایی سنتز پروتئین ها یا تولید انرژی ، میکروارگانیسم قادر به رشد یا تولید مثل نیست.
تداخل در DNA یا RNA: بیوسیدهای خاصی ، مانند ایزوتیازولینها ، با اختلال در سنتز DNA یا RNA با مواد ژنتیکی میکروارگانیسم تداخل دارند. این می تواند از تکرار یا حتی عملکرد صحیح ارگانیسم جلوگیری کند.
چلسیون یون های فلزی: برخی از بیوسیدهای غیر اکسید کننده ، مانند EDTA (اتیلن دی آمینتراستیک اسید) ، با استفاده از یون های فلزی که برای فرآیندهای متابولیک میکروبی ضروری هستند ، کار می کنند. بدون این یونها ، آنزیم های میکروبی ممکن است به درستی عملکردی نداشته باشند و منجر به مرگ سلولی شوند.
2. بیوسیدهای غیر اکسید کننده رایج و مکانیسم های آنها
چندین کلاس مختلف از بیوکسیدهای غیر اکسید کننده معمولاً استفاده می شود که هر یک با مکانیسم عمل کمی متفاوت هستند. در زیر چند نمونه آورده شده است:
الف ترکیبات آمونیوم کواترنر (کوات)
ترکیبات آمونیوم کواترنر از جمله بیوسیدهای غیر اکسید کننده ای است که به طور گسترده استفاده می شود. این مولکول ها به طور معمول حاوی اتم نیتروژن هستند که به چهار گروه آلی پیوند خورده است که یکی از آنها یک گروه آلکیل با بار مثبت است. این بار مثبت به Quats اجازه می دهد تا با غشای سلولی با بار منفی میکروارگانیسم ها ارتباط برقرار کنند.
مکانیسم عمل: کوات ها به غشای سلول میکروبی متصل می شوند و یکپارچگی آن را مختل می کنند. قسمت های آبگریز مولکول Quat در لایه لایه لیپید قرار می گیرند و باعث نفوذ غشای سلولی می شوند. این منجر به نشت اجزای داخل سلولی می شود و منجر به مرگ سلولی می شود.
برنامه های کاربردی: کوات ها معمولاً در ضد عفونی کننده ها ، سیستم های تصفیه آب و حتی محصولات مراقبت شخصی (به عنوان مثال ، شامپو و ضد عفونی کننده) استفاده می شوند. آنها به ویژه در برابر باکتری ها ، قارچ ها و جلبک ها مؤثر هستند.
ب. ایزوتیازولینها
ایزوتیازولینون ها گروهی از بیوسیدها هستند که معمولاً برای جلوگیری از رشد باکتری ها ، قارچ ها و جلبک ها استفاده می شوند. آنها حاوی یک ساختار هتروسیکلیک با اتم های گوگرد و نیتروژن هستند و اغلب در فرمولاسیون مبتنی بر آب یافت می شوند.
مکانیسم عمل: ایزوتیازولینون ها در درجه اول با تداخل در فرآیندهای سلولی کار می کنند. آنها آنزیم های درگیر در تولید اسیدهای نوکلئیک را مهار می کنند و سنتز DNA و RNA را مختل می کنند. این مهار منجر به قطع عملکردهای سلولی و تولید مثل می شود و در نهایت میکروارگانیسم را از بین می برد.
برنامه های کاربردی: این بیوسیدها اغلب در سیستم های خنک کننده صنعتی ، کارخانه های کاغذی و مواد آرایشی مورد استفاده قرار می گیرند. توانایی آنها در از بین بردن مؤثر طیف گسترده ای از میکروارگانیسم ها باعث می شود که آنها در تنظیمات مختلف همه کاره باشند.
ج. کلرهگزیدین
کلرهگزیدین یک بیوسید ضد عفونی کننده کاتیونی است که اغلب در محصولات پزشکی و مصرفی مانند دهانشویه ، ضد عفونی کننده دست و محصولات مراقبت از زخم استفاده می شود.
مکانیسم عمل: کلرهگزیدین با تعامل با دو لایه فسفولیپید غشاهای سلول باکتریایی کار می کند. مولکولهای بار مثبت به اجزای با بار منفی غشایی متصل می شوند و باعث ایجاد اختلال می شوند. علاوه بر این ، کلرهگزیدین همچنین می تواند به DNA باکتریایی متصل شود و بیشتر در فرآیندهای سلولی تداخل داشته و از تکثیر جلوگیری می کند.
برنامه های کاربردی: کلرهگزیدین به دلیل اثربخشی آن در برابر طیف گسترده ای از پاتوژن ها ، از جمله باکتری ها ، قارچ ها و برخی از ویروس ها ، به طور گسترده در تنظیمات مراقبت های بهداشتی برای اهداف ضد عفونی و ضد عفونی کننده مورد استفاده قرار می گیرد.
د. گلوتاررالدئید
گلوتارآلدئید یک بیوسید غیر اکسید کننده با خواص ضد میکروبی قوی است. این ماده اغلب برای ضد عفونی در محیط های مراقبت های بهداشتی و در فرآیندهای صنعتی استفاده می شود.
مکانیسم عمل: گلوتارآلدئید توسط پروتئین های متقابل و اسیدهای نوکلئیک در میکروارگانیسم کار می کند ، آنزیم ها و ساختارهای سلولی لازم برای زندگی را به طور مؤثر غیرفعال می کند. این مکانیسم اتصال متقابل باعث می شود میکروارگانیسم قادر به عملکرد ، تولید مثل یا ترمیم خود باشد و منجر به مرگ آن شود.
برنامه های کاربردی: معمولاً در عقیم سازی دستگاه های پزشکی ، سیستم های تصفیه آب و کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد که تجهیزات ممکن است نسبت به عوامل اکسید کننده حساس باشند.
3. مزایای بیوسیدهای غیر اکسید کننده
بیوسیدهای غیر اکسید کننده مزایای بسیاری از همتایان اکسید کننده خود را ارائه می دهند:
کمتر فاسد: از آنجا که آنها به اکسیداسیون تکیه نمی کنند ، بیوسیدهای غیر اکسید کننده به طور کلی نسبت به فلزات و سایر مواد خوردگی کمتری دارند. این امر آنها را برای استفاده در سیستم های صنعتی حساس یا در تنظیماتی که در آن خوردگی می تواند منجر به هزینه های قابل توجهی برای نگهداری شود ، ایده آل می کند.
اثرات طولانی تر: بیوسیدهای غیر اکسید کننده تمایل به فعالیت باقیمانده طولانی تر در مقایسه با بیوسیدهای اکسید کننده دارند. در حالی که اکسید کننده ها به طور معمول پس از استفاده به سرعت تخریب می شوند ، عوامل غیر اکسید کننده می توانند اثربخشی خود را برای دوره های طولانی حفظ کنند و محافظت طولانی مدت در برابر رشد میکروبی را فراهم می کنند.
عمل هدفمند: این بیوسیدها را می توان برای هدف قرار دادن انواع خاصی از میکروارگانیسم ها تهیه کرد. این امر امکان کنترل دقیق تری بر جمعیت میکروبی و همچنین امکان استفاده از غلظت های پایین تر ، کاهش خطر مقاومت را فراهم می آورد.
سازگاری با سایر سیستم ها: بیوسیدهای غیر اکسید کننده اغلب با سایر مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآیندهای صنعتی ، مانند تنظیم کننده های pH ، تثبیت کننده یا فلوکولارها سازگار هستند که ممکن است در هنگام قرار گرفتن در معرض عوامل اکسیداسیون تخریب شوند.
4. چالش ها و ملاحظات
در حالی که بیوسیدهای غیر اکسید کننده بسیار مؤثر هستند ، اما با برخی از چالش ها و محدودیت ها نیز همراه است:
رشد مقاومت: دقیقاً مانند بیوکسیدهای اکسید کننده ، میکروارگانیسم ها می توانند در طول زمان مقاومت در برابر بیوکسیدهای غیر اکسید کننده ایجاد کنند ، به خصوص اگر در غلظت های زیر کشنده مورد استفاده قرار گیرند یا مورد استفاده قرار گیرند. این را می توان با چرخاندن بیوسیدها یا استفاده از ترکیبی از عوامل با حالت های مختلف عمل کاهش داد.
تأثیرات زیست محیطی: برخی از بیوسیدهای غیر اکسید کننده ، به ویژه مواردی که در محیط های آبزی جمع می شوند ، ممکن است خطرات زیست محیطی را ایجاد کنند. دفع و نظارت مناسب برای به حداقل رساندن هرگونه آسیب بالقوه محیطی ضروری است.
خطرات بهداشتی و ایمنی: برخی از بیوسیدهای غیر اکسید کننده ، مانند گلوتارآلدئید یا ایزوتیازولینها ، می توانند برای پوست و سیستم های تنفسی انسان تحریک کننده باشند. رسیدگی به اقدامات احتیاطی ، مانند تجهیزات محافظ و تهویه مناسب ، هنگام استفاده از این عوامل در محیط های صنعتی یا بهداشتی ضروری است.
5. روندهای آینده
تحقیقات در مورد بیوسیدهای غیر اکسید کننده همچنان در حال پیشرفت است و فرمولاسیون های جدیدی برای رفع نگرانی های فزاینده در مورد مقاومت میکروبی و تأثیرات زیست محیطی ایجاد می شود. پیش بینی می شود بیوسیدهای آینده هدفمندتر ، زیست تخریب پذیر و قادر به غلبه بر مکانیسم های مقاومت باشند. نوآوری ها همچنین ممکن است شامل ترکیبی از بیوسیدهای غیر اکسید کننده با سایر روشهای کنترل مانند UV یا ضد عفونی الکتروشیمیایی برای افزایش کنترل میکروبی کلی باشد.
پایان
بیوسیدهای غیر اکسید کننده ابزاری مهم در مبارزه با آلودگی میکروبی در صنایع مختلف را نشان می دهد. آنها با استفاده از مکانیسم های غیر از اکسیداسیون ، محلول کنترل شده تر ، ماندگارتر و کمتری را در مقایسه با عوامل اکسید کننده ارائه می دهند. از آنجا که صنایع همچنان با چالش های میکروبی در حال تحول روبرو هستند ، بیوسیدهای غیر اکسید کننده یک مؤلفه اصلی استراتژی های کنترل میکروبی یکپارچه باقی می مانند ، با پیشرفت هایی که از ادامه اثربخشی آنها در برنامه های متنوع اطمینان حاصل می کند. $ $
