بایوساید چیست ؟ کاربرد و انواع بایوساید

بایوساید یا زیست کش به موادی گفته می شود که توانایی از بین بردن میکروارگانیسم ها را دارند. از بین بردن میکروارگانیسم های مضر در صنایع تصفیه آب و استخراج نفت و گاز از اهمیت بالایی برخوردار است و برای انجام این کار معمولا از مواد شیمیایی مانند ایزوتیازولین، گلوتارآلدئید، کلر و … استفاده می شود. در این مقاله با اناوع بایوسایدها، نحوه عملکرد و حوزه های مصرف آنها آشنا خواهیم شد. بایو ساید ها از روش های مختلفی جهت ضد عفونی و از بین بردن میکروارگانیسم ها استفاده می کنند. روش هایی مانند اکسیداسیون و یا حل کردن چربی ها.

در ادامه برخی از بایوسایدهای قابل تهیه از مبتکران شیمی را مشاهده می نمایید. برای تهیه هر کدام با کارشناسان ما تماس بگیرید.

ایزوتیازولین

گلوتارآلدئید

هیپوکلریت کلسیم

بایوساید یا زیست کش به موادی گفته می شود که توانایی از بین بردن میکروارگانیسم ها را دارند. از بین بردن میکروارگانیسم های مضر در صنایع تصفیه آب و استخراج نفت و گاز از اهمیت بالایی برخوردار است و برای انجام این کار معمولا از مواد شیمیایی مانند ایزوتیازولین، گلوتارآلدئید، کلر و … استفاده می شود. در این مقاله با اناوع بایوسایدها، نحوه عملکرد و حوزه های مصرف آنها آشنا خواهیم شد. بایو ساید ها از روش های مختلفی جهت ضد عفونی و از بین بردن میکروارگانیسم ها استفاده می کنند. روش هایی مانند اکسیداسیون و یا حل کردن چربی ها.

کاربرد بایوسایدها در صنعت نفت و گاز

زیست کش ها در صنایع نفت و گاز با جلوگیری از تشکیل بایوفیلم ها و خوردگی در تجهیزات نقش موثری در افزایش میزان تولید ایفا می کنند. معمولا میزان کمی از این ترکیبات توانایی کنترل رشد باکتری و سایر میکروارگانیسم های مضر در درون چاه ها و خطوط لوله را دارند. انتخاب ماده و یا مخلوط مناسب برای این کار پس از انجام آزمایش های اولیه صورت میگیرد.

بایوسایدها در تصفیه آب

کنترل رشد باکتری ها در فرآیندهای تصفیه، ذخیره سازی و استفاده از آب اهمیت بالایی دارد. وجود باکتری های مضر علاوه بر مشکلاتی که می تواند برای سلامتی انسان به وجود بیاورد ، در امور دیگری مانند ذخیره سازی در تانک ها، انتقال از طریق خطوط لوله و … مشکل ایجاد کند. باکتری ها می توانند باعث خوردگی در تجهیزات و تانک های ذخیره سازی شوند ، علاوه بر این فیلم هایی که می تواند در طول زمان شکل بگیرد ، عبور آب از مسیرهای مختلف را مشکل می کند. برای جلوگیری از مشکلات ذکر شده و خسارت های مادی ذکر شده از بایوسایدها استفاده می شود که عموما بر پایه کلر هستند.

انواع بایوساید ها

تاریخچه بایو سایدها به قرن 19 باز می گردد زمانی که پزشکان برای ضد عفونی، دست های خود را با کلر شستشو می دادند. همچنین کلر جهت کنترل عفونت در بیماران علاوه بر آنتی بیوتیک جز لاینفک به حساب می آمد. امروزه بایوساید ها انواع مختلفی را در بر می گیرند  ولی بر اساس مکانیزم فعالیت به دو دسته بایوساید های اکسید کننده و غیر اکسید کننده تقسیم می شوند.

مطالعات نشان داده است که مقاومت باکتریایی در برابر بایوساید ها مانند مقاومت به کلر بسیار زیاد است. مکانیزم اثر بایوساید بر سالمونلا ‎که نوعی باکتری است که منجر به مسمومیت‌های غذایی می‌ شود بی اثر است و می تواند باعث فشار انتخابی در باکتری و مقاومت آنها شود.  باکتری ها توانایی ایجاد مقاومت در برابر مصرف بیش از حد آنتی بیوتیک ها را دارند پس با چالش بزرگی مواجه هستیم.

بایوسایدهای اکسید کننده

پراکسید هیدروژن

پراکسید هیدروژن یکی دیگر از عوامل اکسید کننده قوی رادیکال ها است. پراکسید هیدروژن بر روی طیف وسیعی از میکروب ها چه از طریق خارج سلولی و درون سلولی عمل می کند. اکسیداسیون توسط رادیکالهای هیدروکسیل به عنوان مثال، اسیدهای غیر اشباع درون فسفولیپیدهای غشایی منجر به تخریب سلولی و اکسیداسیون می شود. پراکسید هیدروژن به دلیل وزن مولکولی پایین نسبت به مولکول ها می توانند از دیواره ها و غشاهای سلولی میکروبی عبور کرده و درون سلولی بدون اینکه ابتدا تخریب سلولی را القا کرده باشد عمل می کند. رادیکال های هیدروکسیل پروتئین های درون سلولی، آنزیم، لیپیدها و نوکلئوزیدهای موجود در DNA سپس گروه های تیول را اکسید می کند.

پراکسید هیدروژن معمولاً ناپایدار است و بنابراین ذخیره آن دشوار است. در سم زدایی بسیار کاربرد دارد. این ماده فقط به آب و هیدروژن تجزیه می شود از این رو انتخاب ضدعفونی کننده مناسب برای حفظ محیط زیست است. این ماده سمی نیست، بنابراین می توان از آن به عنوان ضد عفونی کننده بی خطر تجهیزات پزشکی و سطوح استفاده کرد. محلول 3 تا 6 درصد پراکسید هیدروژن در آب معمولاً استفاده می شود. علاوه بر این، پراکسید هیدروژن در برابر انواع مختلف میکروارگانیسم ها از جمله باکتری ها، مخمرها و ویروس ها فعال است.

ترکیب 3.0٪ پراکسید هیدروژن در کنار 1.0٪ مونوفنیل گلیکول ، 0.3٪ استوفسفونیک اسید و 3.5٪ اسید لاکتیک با پلیمر کاتیونی برای ضد عفونی مورد استفاده قرار می گیرید. این فرمول به دلیل کاهش pH نسبت به پراکسید هیدروژن به تنهایی در کاهش رشد باکتری موثرتر است. همچنین دارای ویژگی گسترده ای در برابر هر دو باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی است و برای استفاده در محیطهای مرطوب مفید می باشد. هیدروژن پراکسید در فرم محلول، بخار و گاهی به شکل فوم تاثیر موثری در ضد عفونی دارد.

ازن

ازن مانند پراکسید هیدروژن ، یک عامل اکسید کننده قوی است که در برابر طیف وسیعی از باکتری های گرم مثبت و گرم منفی ، ویروس ها ، قارچ ها و تک یاخته ها فعال است. ازن از طریق اکسیداسیون فسفولیپیدهای غشایی باعث تجزیه سلول های باکتریایی و لیپوپروتئین ها می شود از آنجا که ازن می تواند در محلول حل شود یا به شکل گازی اعمال شود، می تواند به طور گسترده ای در صنعت ، به ویژه برای تصفیه فاضلاب استفاده شود.

گاز ازن مزایای بسیاری دارد: تولید آن آسان است، دارای نیمه عمر 20 دقیقه ای است و می تواند مکانهایی را که دسترسی به آنها با استفاده از بایوسایدهای معمولی محلول دشوار است، ضد عفونی کند. با این حال، ازن می تواند در غلظت های بالا سمی باشد. گاز ازن ممکن است برای ضدعفونی اتاق بیمارستان و وسایل نقلیه استفاده شود، در حالی که ازن محلول ممکن است در تصفیه آب و ضد عفونی غذا استفاده شود.

عوامل آزاد کننده کلر

عوامل آزاد کننده کلر (CRA) عوامل اکسید کننده ای هستند که شامل هیپوکلریت سدیم، اسید هیپوکلروس و دی کلرو ایزوسیانورات سدیم هستند. هیپوکلریت سدیم (NaOCl)یک محلول الکترولیز شده قوی است که توسط الکترولیز کلرید سدیم تولید می شود و حاوی 5 تا 12 درصد کلر است. وقتی این محلول به آب اضافه می شود، هیپوکلریت تا حدی به یون های هیپوکلریت(OCl) تجزیه می شود در حالی که بقیهبه عنوان اسید هیپوکلروHOCl)) باقی می ماند. هردو ماده عامل اکسید کنندگی هستند. به عنوان مثال ، آنها می توانند گروه های سولفیدریل آنزیم ها را اکسید کنند که منجر به اختلال در سنتز DNA و پروتئین می شود. آنها همچنین با اسیدهای آمینه مانند متیونین، سیستئین، پپتیدها و خود DNA واکنش نشان می دهند.

آسیب اکسیداتیو به پروتئین های غشایی ممکن است نفوذپذیری غشا را تغییر دهد.

این می تواند اجازه ورود میکروبی به گونه های اکسیداتیو تولید شده توسط HOCl که می تواند به اندامک ها آسیب برساند. به عنوان مثال کشندگی هیپوکلریت سدیم به دلیل تغییر رنگ آنزیم های سولفیدریل و آنتی اکسیدان هایی مانند گلوتاتیون است. این امر عملکرد سلولی را مختل کرده و منجر به مرگ سلولی می شود. این مکانیسم بیوسیدال برای انواع CRA ها ، از جمله N-chloramines کاربرد دارد.

CRA نیز معمولاً در بسیاری از ضدعفونی کننده های خانگی یافت می شود. به عنوان مثال، هیپوکلریت سدیم معمولاً در سفید کننده های خانگی استفاده می شود و برای این منظور در دمای متوسط حداقل یک ماه ماندگاری دارد.

اسپری های ضدعفونی کننده جدید حاوی آب الکترولیز شده با کلر پایداری کمتری دارد. با این حال، نشان داده شده که آنها در ضد عفونی سطوح آشپزخانه موثر هستند. محلول هیپوکلریت سدیم همچنین اغلب برای ضد عفونی کردن مراکز درمانی آلوده به باکتری های بیماری زا استفاده می شود.

سدیم دی کلرو ایزوسیانورات تنها به عنوان یک جامد پایدار است، نه به عنوان یک محلول. به دلیل این ناپایدار

CRA ها بیشتر در صنعت یافت می شوند. اسید هیپوکلروس (HOCl) ارزان است، ولی سمی است و می توان از آن در داخل دهانشویه ها، ضد عفونی کننده های زخم استفاده کرد. جالب است که این ماده توسط سیستم ایمنی بدن انسان نیز تولید می شود و بخشی از ایمنی اولیه ذاتی در برابر عوامل عفونی است. شواهد محدودی در مورد مقاومت باکتری ها در برابر HOCl وجود دارد، که  نشان می دهد باکتری های گرم منفی با قرار گرفتن بیش از حد در معرض  HOCl به تولید مواد پلیمری خارج سلولی می کنند. به طور کلی ، فعالیت بایوساید CRA اثر بیشتری بر روی سطوح غیر متخلخل و هموار مانند فولاد ضد زنگ 304 و نیتریل در مقایسه با سطوح متخلخل مانند چوب یا لاستیک نشان می دهد.

یکی دیگر از عوامل مهمی که کارایی CRA ها را کاهش می دهد وجود مواد آلی است. بنابراین، تمیز کردن و حذف مواد آلی قبل از ضد عفونی توصیه می شود.

میزان کلر، سطح pH و پتانسیل اکسیداسیون و کاهش اکسیداسیون می تواند اثر CRA را بیشتر تحت تاثیر قرار دهد. اسید هیپوکلروس فعالیت اکسیداسیون بالایی را نشان می دهد و بنابراین، پتانسیل اکسیداسیون اکسیداسیون بالا را افزایش می دهد.

بایوسایدهای غیر اکسید کننده

بایوساید های آمونیوم دار

کاتیون آمونیوم نوع چهارم یا QAC ها، عوامل بیوسیدال هستند که معمولاً در محیط های داخلی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. QAC به عنوان بایوساید در صنعت برای ضد عفونی و جلوگیری از گسترش عفونت ها کاربرد دارد. آنها جهت ضدعفونی میکروارگانیسم هایی مانند قارچ ها، باکتری ها، انگل ها و ویروس های چربی دوست مورد استفاده قرار می گیرند. QAC ها به دلیل ماهیت آلیفاتیک خود مانند سورفکتانت های کاتیونی عمل می کنند در نتیجه آنها غشای سلولی و آنزیم های هدف را بی ثبات کرده و منجر به تخریب سلولی میکروارگانیسم ها می شود. به عنوان مثال می توان بنزالکونیوم کلرید و کلرید استیل پیریدینوم را نام برد که هر دو می توانند باکتری های گرم منفی و گرم مثبت مانند اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس را هدف قرار دهند. به طور کلی ساختار N + R1R 2R 3R 4X شامل یک آنیون هالید معمولاً Cl یا Br، متصل به کاتیون نیتروژن است.

فرآیند ضد باکتری توسط مواد ضدعفونی کننده نوع آمونیوم چهارم به این گونه است که این زنجیره های آبگریز آلکیل نمک QAC با لایه دو فسفو لیپیدی ارتباط بر قرار می کنند. این امر باعث افزایش نفوذپذیری به غشا و آزاد شدن آنزیمهای اتولیتیک و در نتیجه تخریب سلولی باکتری می شود.

تابع QAC با تغییرات درون گروهR ، مانند افزودن هیدروکربن آروماتیک و گروه آلکیل تغییر می کند. QAC با گروه های متیل از C12 تا C16 بیشترین تغییرات را در ساختار R ایجاد می کنند. جذب الکترواستاتیک نمک QAC به سلول هدف منجر به انتشار آنزیم های اتولیتیک می شود که تخریب سلولی را آغاز می کند. به عنوان مثال در صنایع غذایی، بنزیل دی متیل دودسیل کلرید آمونیوم (BAC 12) و کلرید بنزیل دی متیل تتراسید آمونیوم (BAC 14)و کلرید بنزیل دی متیل هگزادسیل آمونیوم (BAC 16) به عنوان ضدعفونی کننده مخازن حمل شیر مورد استفاده قرار می گیرند. دلیل استفاده از  QACها مانند BAC 12-16  پایین بودن سطوح سمیت آنها است. برخلاف بایوسایدهای اکسید کننده مانند پراکسید هیدروژن، QAC رادیکال های آزاد تولید نمی کند بنابراین سرطان زا نیست. از این رو در مصارف خانگی بسیار کاربرد دارد موادی مانند استیل پیریدینیوم کلرید و دودسیل دی متیل بنزیل آمونیوم کلراید در اکثر مایعات تمیز کننده یافت می شود زیرا در مقابل انواع بسیار موثر است. QAC در فرمولاسیون دستمال مرطوب یا اسپری پاک کننده وجود دارد.

بایوساید گلوتارآلدئید

این بایوساید غیر اکسید کننده باعث اختلال در رشد باکتری های و قارچ ها می شود و در آب های صنعتی بسیار کاربرد دارد. میزان حلالیت آن در آب بسیار بالاست و مانع ایجاد حباب و کف در آب می شود. مکانیزم اثر آن بر روی باکتری های بی هوازی در محیطی با pH بین 3 تا 5 بالا است.

بایوساید گلوتارآلدئید جهت حذف رسوبات، باکتری ها و جلبک ها در سیستم های خنک کننده، استخر ها و آب های صنعتی کاربرد دارد.

مکانیسم عملکرد بایوساید گلوتارآلدئید شامل چسبندگی به لیپیدها در غشای سلولی هدف و در نهایت اختلال در اجزای داخل غشا است. آنها با حمله به غشای پروتینی میکرواورگانیسم مانع رسیدن مواد غذایی به آن شده و از طریق آسیب رساندن به سیتوپلاسم باکتری باعث نشت محتوای باکتری می شوند. این نوع از بایو ساید در تصفیه آب و فاضلاب، درصنایع نفت و پتروشیمی و  ضد عفونی تجهیزات بیمارستانی مورد استفاده قرار می گیرد.

کاربرد عمده بایوساید ها

• در تصفیه آب و فاضلاب

بایو سایدهای تصفیه آب شامل هر دو بایوساید اکسنده و غیر اکسنده هستند. آشناترین نوع آن کلر است و در کنار انواع بایو سایدهای غیر اکسنده همانند گلوتارالدئید ها و ایزوتیازولین برای تصفیه آب، حذف رسوبات و لجن و باکتری ها به کار می رود. در تصفیه خانه های آب به دلیل اینکه منابع آب دریا و رودخانه و… است جهت گند زدایی از بایوساید های آب مانند کلر و اوزون استفاده می شود. از آنجایی که تمامی میکرواورگانیسم ها به طور کامل از بین نمی روند ورود آب به درون دستگاه اسمز معکوس باعث آلودگی غشای ممبران می شود. از این رو پاکسازی ممبران نیز امری ضروری است. بایوسایدهای ممبران که با ساختار غشای ممبران سازگار هستند می توانند در این امر بسیار موثر باشند. بایو سایدهای ممبران بسته به نوع منبع اب بین 3 الی 10 روز باید مورد استفاده قرار بگیرند.

• صنایع پتروشیمی و نفت

یکی از مهمترین کاربرد بایوساید ها استفاده از آنها به عنوان بایوساید های نفتی است. بایو ساید های نفتی باید طول عمر بالا، حلالیت و پایداری شیمیایی بالا داشته باشند. در صنایع پتروشیمی میکرواورگانیسم ها باعث اسیب به ساختار مولکولی نفت و ایجاد سولفید هیدروژن شده و همچنین منجر به افزایش ویسکوزیته نفت و گوگرد می شوند. میکرواورگانیسم ها در خطوط انتقال نفت عامل اصلی ایجاد فرسایش، خوردگی و رسوبات هستند. این امر باعث ایجاد زیان و خسارات بالایی به سیستم استخراج نفت می شود. در نتیجه بایوساید های نفتی می توانند نقش مهمی را در این زمینه ایفا کنند زیرا در هر مرحله از استخراج امکان آلودگی وجود دارد. نوع بایوسید های مورد استفاده در میادین نفتی مختلف متفاوت است. نفت به دلیل داشتن کربن در ساختار مولکولی بستر مناسبی برای میکرواورگانیسم ها می باشد و باکتری ها با ایجاد تغییر در ان باعث پایین آمدن کیفیت نفت می شوند.

جمع بندی

در این بررسی، ما موارد استفاده از بایوسایدهای رایج، فعالیت و شواهد آنها را بیان کردیم از بروز مقاومت باکتریایی گفتیم ولی هنوز محدودیت هایی برای وسعت دانش در مورد مقاومت به میکروب کش به طور قابل توجهی در مراقبت های بهداشتی و صنعتی برای کنترل آلودگی میکروبی فعلی ما وجود دارد. با این حال، استفاده بیش از حد آنها، به ویژه در غلظت های نامناسب، می تواند به افزایش مقاومت باکتری ها در برابر داروهای ضد میکروبی کمک کند.