双子表面活性剂及其抗菌性能

       表面活性剂一词来自英文Surfactant，它是短语Surface (表面)、Active (活性)、Agent (添加剂)的缩合词。表面活性剂是一种活跃于表面和界面上，具有极高的降低表(界)面张力能力和效率的物质，在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体，从而具有一系列应用功能。表面活性剂拥有良好的分散性、润湿性、乳化能力、抗静电性能，已经成为包括精细化工领域在内的多个领域发展的关键材料，在改进工艺、降低能耗和提高生产效率等方面有显著的促进作用[2]。随着社会的发展以及世界工业水平的不断进步，表面活性剂的应用逐渐从日用化学品扩散到国民经济的各个领域，如抗菌剂、食品添加剂、新能源领域、污染物治理以及生物制药等。

       传统的表面活性剂是由极性的亲水基团和非极性的疏水基团构成的具有“两亲性”的化合物，目前，随着制造业的精细化和系统化发展，生产过程中对表面活性剂性能的要求正在逐渐增加，因此，寻找和开发具有更高表面性能和具有特殊结构的表面活性剂具有重要的意义。双子表面活性剂的发现弥补了上述空白并满足了工业生产要求。常见的双子表面活性剂是一种具有两个亲水基团(一般是离子或者具有亲水性的非离子)和两条疏水烷基链的化合物。与传统的单链表面活性剂相比，双子表面活性剂通过联接基(spacer)把两个亲水基团联接在一起。简而言之，双子表面活性剂的结构可以理解为是将两个传统表面活性剂的亲水头基巧妙地用联接基团键合在一起所形成的。双子表面活性剂的特殊结构导致它具有较高的表面活性，其主要原因在于：(1) 双子表面活性剂分子的两条疏水尾链使其疏水作用增强，表面活性剂离开水溶液的趋势增大；(2) 受到联接基团的影响，亲水头基之间尤其是离子头基由于静电排斥作用而彼此分离的倾向被大幅度削弱；(3) 双子表面活性剂的特殊结构影响其在水溶液中的聚集体行为，使其具有更复杂多变的聚集形态。双子表面活性剂与传统的表面活性剂相比，表(界)面活性更高、临界胶束浓度更低、润湿性能更好、乳化能力和抗菌能力都更强。因此，双子表面活性剂的开发和利用对于表面活性剂的发展和应用具有重要的意义。

       传统的表面活性剂的“两亲结构”使其具有独特的表面性质。将传统的表面活性剂添加到水中，亲水头基倾向于溶于水溶液内部，疏水基团则会抑制表面活性剂分子在水中的溶解。在这两种趋势的综合作用下，表面活性剂分子在气-液两相界面富集，并进行有序的排列进而降低水的表面张力。与传统表面活性剂不同，双子表面活性剂则是通过间隔基将传统表面活性剂联接在一起的“二聚体”，可以更有效地降低水的表面张力和油/水界面张力。此外，双子表面活性剂还具有较低的临界胶束浓度，更好的水溶、乳化、泡沫、润湿和抗菌等性能。

       我国双子表面活性剂的研究起步较晚。近年来，研究者们致力于新型双子表面活性剂的研发及其相关物理化学性质的研究。同时，将双子表面活性剂的应用逐渐发展到灭菌抑菌、食品生产、消泡抑泡、药物缓释以及工业清洗等领域。根据表面活性剂分子中亲水基团是否带电以及所带电荷类型可以将双子表面活性剂分为以下几类：阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型双子表面活性剂。其中，阳离子型双子表面活性剂一般是指季铵盐或铵盐型双子表面活性剂，阴离子型双子表面活性剂多指亲水基团是磺酸根、磷酸根和羧酸根的双子表面活性剂，而非离子型双子表面活性剂大多是聚氧乙烯类双子表面活性剂。

       双子表面活性剂的活性：评价表面活性剂表面活性最简单直接的方法是测量其水溶液的表面张力。从原理上来看，表面活性剂是通过在表(界)面上的定向排布降低溶液的表面张力。与结构类似的传统表面活性剂相比，双子表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)要小两个数量级以上，并且C20值也明显降低。双子表面活性剂分子中拥有两个亲水基团，可以帮助其在拥有较长疏水长链的同时保持良好的水溶性。在水/空气界面上，由于空间位阻效应以及分子中同种电荷相斥的影响，传统表面活性剂的排布较为松散，从而使其降低水表面张力的能力弱化。而双子表面活性剂的联接基团以共价键结合，使两个亲水基团的距离保持在一个很小的范围内(远小于传统表面活性剂亲水基团之间的距离)，从而使双子表面活性剂在表(界)面上的活性更好。

       双子表面活性剂的组装结构：在水溶液中，随着双子表面活性剂的浓度增高，其分子在溶液的表面达到饱和，进而迫使其他分子向溶液内部迁移从而形成胶束。表面活性剂开始形成胶束时的浓度称为临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration，CMC) 。在浓度大于CMC后，与传统表面活性剂聚集形成球形胶束不同，双子表面活性剂因为结构上的特点会产生多种胶束形态，如线形、双层结构等。胶束的大小、形状和水化作用的不同对溶液的相行为和流变学性质有直接影响，也会导致溶液粘弹性发生变化。

       双子表面活性剂的抗菌性能：作为有机抗菌剂的一种，双子表面活性剂的抗菌机理主要是其与微生物的细胞膜表面阴离子相结合，或者与巯基反应，破坏其蛋白质和细胞膜的生产，从而破坏微生物组织以抑制或杀灭微生物。

       两性双子表面活性剂的抗菌性能：两性双子表面活性剂是指分子结构中同时具有阳离子和阴离子，能在水溶液中电离，在某种介质条件下表现出阴离子表面活性剂的特性，而在另一种介质条件下又表现出阳离子表面活性剂的特性的一类表面活性剂。两性表面活性剂的抑菌机理尚无定论，但通常认为，其抑菌作用可能与季铵盐类表面活性剂类似，表面活性剂易被吸附在带负电的细菌表面，干扰细菌新陈代谢。

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