SỬ DỤNG GEMINI (16 6 16) làm tác NHÂN ổn ĐỊNH, PHÂN bố hạt NANO bạc TRONG DUNG DỊCH AgNPS ỨNG DỤNG làm CHẤT DIỆT KHUẨN(1)

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÁO CÁO HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT SỬ DỤNG GEMINI 16-6-16 LÀM TÁC NHÂN

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

SỬ DỤNG GEMINI (16-6-16) LÀM TÁC NHÂN ỔN ĐỊNH, PHÂN BỐ HẠT NANO BẠC TRONG DUNG DỊCH AgNPS

ỨNG DỤNG LÀM CHẤT DIỆT KHUẨN

GVHD: TS PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH SVTH: NGUYỄN ANH VIỆT 18139223 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Niên khóa: 2021-2022

Thành phố Hồ Chí Minh, 17 tháng 1 năm 2022

i

Tên đề tài: SỬ DỤNG GEMINI (16-6-16) LÀM TÁC NHÂN ỔN ĐỊNH, PHÂN BỐ

HẠT NANO BẠC TRONG DUNG DỊCH AgNPS ỨNG DỤNG LÀM CHẤT DIỆT KHUẨN

Thời gian thực hiện:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Việt

MSSV: 18139223 – Điện thoại: 0337570766

Lớp: DH18HD

Khoa/ Bộ môn: Công nghệ hóa học

Giáo viên hướng dẫn: Ts Phan Nguyễn Quỳnh Anh

ii

SỬ DỤNG GEMINI (16-6-16) LÀM TÁC NHÂN ỔN ĐỊNH, PHÂN BỐ HẠT NANO BẠC TRONG DUNG DỊCH AgNPS

ỨNG DỤNG LÀM CHẤT DIỆT KHUẨN

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Anh Việt

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học

Giảng viên hướng dẫn

TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh

17 tháng 1 năm 2022

iii

Mục lục

Contents

Chương 1: Mở đầu 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích 2

1.3 Nội dung 2

Chương 2: Tổng quan 3

2.1 Tổng quan về nano Bạc 3

2.1.1 Tính chất chung của Bạc và AgNPs 3

2.1.2 Khả năng kháng khuẩn của AgNPs 4

2.1.3 Phân tán hạt nano bạc 6

2.2 Tổng quan chất hoạt động bề mặt Gemini 6

2.2.1 Lịch sử phát triển của Gemini 7

2.2.2 Cấu trúc Gemini 8

2.2.3 Một số tính chất của Gemini 9

2.2.3.1 Hoạt tính bề mặt 9

2.2.3.2 Hoạt tính tan huyết (Hemolycity) 9

2.2.3.3 Khả năng chống ăn mòn 10

2.2.3.4 Khả năng kháng khuẩn 10

2.2.5 Ứng dụng của Gemini 12

2.2.5.1 Chất ổn định hạt nano 12

2.2.5.2 Chất hòa tan 12

2.2.5.3 Nâng cao khả năng thu hồi dầu 12

2.2.6 Tổng quan về độc tính của các chất hoạt động bề mặt Gemini 13

2.3 Tính chất của Gemini 16-6-16 phù hợp với vai trò làm chất ổn định hạt AgNPs 15

2.3.1 CMC của Gemini 16-6-16 16

2.3.2 Khả năng kháng khuẩn 16

iv

2.3.3 Độc tính của Gemini 16-6-16 17

2.4 Tổng hợp Gemini 16-6-16 18

Chương 3 19

Ứng dụng làm chất ổn định AgNPs và chất diệt khuẩn 19

3.1 Ứng dụng làm chất ổn định AgNPs 19

3.2 Ứng dụng làm chất diệt khuẩn 24

Chương 4: Kết luận 26

Tài liệu tham khảo 27

v

Danh mục hình vẽ

Hình 2.1: Tác động của AgNPs khi tiếp xúc với thành tế bào của vi khuẩn

Hình 2.2: Quá trình gây chết tế bào vi khuẩn khi có sự hiện diện của AgNPs

Hình 2.3: Cấu trúc cơ bản của Gemini

Hình 2.4: Cấu trúc của Gemini A) Cấu trúc đối xứng B) Cấu trúc bất đối xứng

Hình 2.5: Micelle của chất hoạt động bề mặt thông thường và Gemini

Hình 2.10: Quy trình sản xuất Gemini 16-6-16 không xúc tác

Hình 3.1: Cấu trúc micelle của 16-6-16 với AgNPs

Hình 3.2: Phổ UV-vis của AgNPs thí nghiệm 1,2,3

Hình 3.7: (A và B) Hiệu quả tiêu diệt E coli và S aureus

(C) phụ thuộc vào nồng độcho biết thời gian bị giết bởi AgNPs

vi

Danh mục bảng biểu

Bảng 2.1: Chất hoạt động bề mặt thử nghiệm độc tố trong môi trường nước Bảng 2.2: CMC của Gemini 16-6-16

Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm tỉ lệ mol Ag/Gemini

Bảng 3.2: kết quả phổ UV-vis của thí nghiệm 1,2,3

Danh mục chữ viết tắt

1 AgNPs: Silver nanoparticles

2 CMC: Crictical micelle concentration

3 MIC: Minimum inhibitory concentration

4 DTAB: dodecyltrimethyl ammonium bromide

1

Chương 1: Mở đầu 1.1 Đặt vấn đề

Những năm gần đây, công nghệ nano ngày càng nhận được nhiều sự chú ý do những tính năng ưu việt mà nó mang lại so với các loại vật liệu khác Trong xu hướng phát triển của công nghệ vật liệu nano, bạc nano (AgNPs) được xem là tác nhân kháng khuẩn hiệu quả với phổ kháng khuẩn rộng, đặc biệt là trong các ứng dụng vi sinh như: chất chống vi trùng, chất vận chuyển thuốc Ngoài ra, nano bạc còn được ứng dụng vào một số lĩnh vực công nghiệp như được dùng làm chất phủ bề mặt thiết bị, đầu dò điện tử,

và nền tảng quang điện tử Hiện nay, phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp AgNPs là quá trình khử hóa học, đưa các phân tử Ag+ về các hạt Ag có kích thước của các hạt nano, phân tán trong môi trường nước

Tuy nhiên, Nano bạc sẽ dễ dàng bị kết tụ trở lại với nhau, tạo điều kiện cho quá trình lắng tự nhiên khi bảo quản ở điều kiện bình thường Nhiều nghiên cứu đã kết hợp AgNPs với Chitosan hay PVA tạo thành vật liệu composit để nâng cao khả năng bền vững của hạt Nano, phân tán đều trong môi trường nước đồng thời nâng cao các đặc tính của nano bạc1,2 Tuy nhiên hiệu quả phân tán lại không cao Chất hoạt động bề mặt anion, SDS đã được sử dụng trong số lượng lớn hơn các công trình nghiên cứu để điều chỉnh hình dạng3 Trong công trình trước đây của chúng tôi về chất hoạt động bề mặt không ion (TX-100)4 và chất hoạt động bề mặt cation CTAC (cetyltrimetylamoni clorua)5 AgNP ổn định giải thích sự hình thành động học của AgNP hình cầu đơn phân tán thông qua nồng

độ micelle tới hạn (CMC) tuy nhiên lại dẫn đến mất hoạt tính kháng khuẩn6,7

Gemini 1, 6-Bis (N, N-hexadecyldimethylammonium) adipate, hay (16-6-16) được gọi là chất hoạt động bề mặt đa chức năng và có nhiều loại các ứng dụng, trong đó bao gồm việc sử dụng chúng làm chất ổn định để tổng hợp các hạt nano kim loại Bởi vì hoạt tính kháng khuẩn cao của chất hoạt động bề mặt gemini, AgNPs được ổn định bởi loại chất hoạt động bề mặt này có thể sở hữu đặc tính diệt khuẩn độc nhất và mạnh mẽ hơn so với AgNPs nguyên chất

2

Vì vậy, việc sử dụng Gemini làm chất hoạt động bề mặt ổn định và phân tán hạt nano Bạc ngày càng nhận được nhiều sự chú ý và ứng dụng được vào thực tiễn đời sống

Đó là lý do em chọn đề tài “Sử dụng Gemini làm tác nhân ổn định và phân bố hạt

Nano Bạc trong dung dịch AgNPs và ứng dụng làm chất diệt khuẩn” để có được cái

nhìn tổng quát về lĩnh vực này

1.2 Mục đích

- Có cái nhìn tổng quát về Gemini: Cấu trúc, tổng hợp, tính năng và áp dụng của Gemini trong thưc tế

- Nắm bắt sơ lược các tính chất, phương pháp tổng hợp AgNPs

- Tác động của Gemini đến quá trình phân bố hạt nano bạc

1.3 Nội dung

- Tổng quan về nano bạc và hoạt động kháng khuẩn của chúng

- Tổng quan về chất hoạt động bề mặt Gemini

- Phương pháp tổng hợp Gemini 16-6-16 và những tính chất phù hợp với việc ứng dụng làm chất ổn định và phân tán hạt nano bạc

- Ứng dụng Gemini 16-6-16 làm chất ổn định và phân tán hạt nano bạc

- Ứng dụng làm chất diệt khuẩn

3

Chương 2: Tổng quan 2.1 Tổng quan về nano Bạc

Kim loại bạc được người Caldians biết đến đầu tiên vào 4000 TCN, và là kim loại được sử dụng rộng rãi thứ 3 sau vàng và đồng8 Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực vật liệu, Bạc không chỉ là trang sức mà còn được biết đến với khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ Sự gia tăng nhanh chóng các bệnh nhiễm trùng và bệnh

do vi sinh vật gây khiến cho nano bạc càng nhận được nhiều sự chú ý từ các nhà khoa học Nano Bạc có nhiều tính chất đặc trưng và hữu ích mà con người đã biết từ lâu như tính xúc tác, tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt, phụ thuộc nhiều vào kích thước, hình dáng, và hóa bề mặt

Nano bạc bao gồm các hạt bạc có kích thước nano khoảng từ 1- 100 nanomet, thông thường kích thước các hạt trong dung dịch nano bạc đo được khoảng 25 nanomet Bạc tồn tại ở kích thước nano làm tăng diện tích tiếp xúc, từ đó làm tăng khả năng kháng khuẩn, virus và nấm

2.1.1 Tính chất chung của Bạc và AgNPs

Bạc là một kim loại dẫn điện rất tốt, do mật độ điện tử tự do cao dẫn đến điện trở của kim loại nhỏ Đặc biệt khi kích thước hạt càng nhỏ sẽ làm tăng tính dẫn điện của kim loại, vì vậy Nano bạc thường được dùng làm linh kiện dẫn điện trong bảng mạch điện tử

Các nguyên tử trong mạng tinh thể bạc sẽ liên kết với các nguyên tử lân cận tạo nên liên kết bền, số nguyên tử tham gia liên kết được gọi là số phối vị Số phối vị càng lớn tức là nguyên tử càng có nhiều liên kết bền với nguyên tử lân cận, từ đó làm tăng nhiệt độ nóng chảy của vật liệu Tuy nhiên, số phối vị có sự thay đổi khi vị trí của nguyên

tử thay đổi Nguyên tử ở bề mặt của vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn so với các nguyên

tử ở trung tâm vật liệu vì vậy, khi tăng diện tích bề mặt thì sẽ làm giảm nhiệt độ nóng chảy của vật liệu

Khi các hạt nano bạc tiếp xúc với ánh sáng có bước sóng cụ thể, trường điện từ của ánh sang sẽ làm dao động các điện tử tự do của kim loại Từ đó gây ra sự phân tách

4

điện tích đối với mạng tinh thể ion, tạo ra sự dao động lưỡng cực dọc theo phương điện trường ánh sáng Biên độ dao động đạt cực đại ở một tần số cụ thể, được gọi là hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface Plasmon resonance)

Trong trường hợp tần số của ánh sáng tới cộng hưởng với tần số nội tại của các electron dẫn tại vùng gần bề mặt của hạt thì ánh sáng bị hấp thụ và tán xạ mạnh Trong phổ hấp thụ và tán xạ của hạt nano xuất hiện dải có cường độ cực đại gọi là dải cộng hưởng plasmon bề mặt Tính chất quang của hạt nano bạc chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như mật độ hạt nano bạc, hình dáng, kích thước hạt, môi trường xung quanh Đỉnh phổ hấp thụ của hạt nano sẽ dịch về phía bước sóng ngắn khi kích thước hạt giảm và dịch về phía bước sóng dài khi kích thước hạt nano tăng lên

Chính vì vậy, hạt nano bạc được ứng dụng trong chế tạo các bộ phận cảm ứng và lọc quang học trong các thiết quang học

2.1.2 Khả năng kháng khuẩn của AgNPs

Ngoài các tính chất cơ bản kể trên, nano bạc được biết đến và ứng dụng nhiều nhất trong việc sử dụng làm chất diệt khuẩn nhờ đặc tính kháng khuẩn tuyệt vời của nó Các đặc tính kháng khuẩn của AgNPs chủ yếu phụ thuộc vào kích thước, độ pH và nồng độ ion của môi trường Bạc tồn tại ở dạng nano làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của chúng đối với vi khuẩn, nấm, từ đó làm tăng hiệu quả kháng khuẩn của nano bạc

AgNPs giải phóng các ion Ag+ đóng vai trò là một trong những cơ chế kháng khuẩn đằng sau hoạt động diệt khuẩn của AgNPs Vì vậy, để duy trì được hoạt động kháng khuẩn cũng như là độc tính đối với vi sinh vật thì về cơ bản Ag phải ở trạng thái ion hóa9 Người ta nhận thấy rằng các ion Ag+ tạo phức với nucleic acid cũng như các nhóm photphat, nó có tương tác đặc biệt đối với các nucleoside của nucleic acid 10 Trong một số nghiên cứu chỉ ra rằng đặc tính kháng khuẩn của nano bạc bắt nguồn từ việc hình thành lực hút tĩnh điện giữa tế bào vi sinh vật tích điện âm với hạt nano bạc tích điện dương11.Từ đó tạo liên kết với peptidoglycan, là thành phần cấu tạo tế bào vi khuẩn, ức chế chức năng vận chuyển qua màng tế bào, làm tê liệt vi khuẩn Tuy nhiên, đối với con

5

người và động vật bậc cao thì thành tế bào được bao bọc bởi hai lớp lipoprotein bền

vững, không cho phép các ion bạc xâm nhập vì vậy AgNPs không gây hại cho con người

và động vật bậc cao

Hình 2.1: Tác động của AgNPs khi tiếp xúc với thành tế bào của vi khuẩn12

Khi các ion Ag+ tự do được tế bào hấp thụ, các enzym hô hấp sẽ ngưng hoạt động, dẫn đến việc sản xuất các loại oxy phản ứng (ROS) và gián đoạn quá trình giải phóng adenosine triphosphat (ATP)13 Các ion Ag+ còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hoà điện tích của gốc phosphate, ngăn chặn quá trình sao chép DNA dẫn đến các vi sinh vật bị kiềm chế hoặc bị chết

6

Hình 2.2: Quá trình gây chết tế bào vi khuẩn khi có sự hiện diện của AgNPs12

Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu cho thấy hạt nano bạc có tính diệt nhiều loại vi khuẩn bao gồm các chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus, Pseudomonas

aeruginosa Vì vậy, hạt nano bạc được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị y tế và trong các dược phẩm

2.1.3 Phân tán hạt nano bạc

Hạt Nano phải tồn tại kích thước nhỏ hơn 100nm, việc phân tán các hạt AgNPs trong môi trường là rất quan trọng, nhằm tránh sự kết tụ ảnh hưởng đến các tính năng của nano bạc Vì vậy, ngày càng có nhiều sự chú ý đến việc sử dụng chất hoạt động bề mặt nào để không chỉ hỗ trợ phân tán hạt nano mà còn nâng cao các tính năng của nano bạc

2.2 Tổng quan chất hoạt động bề mặt Gemini

Các muối alkylammonium bậc bốn dimeric, được Menger và Littau đặt tên là gemini, là loại hoạt động bề mặt hiện đại14 Những hợp chất này bao gồm hai nhóm thế alkyl dài và hai đầu cation được nối với nhau bằng một trình liên kết Đầu nối có thể có các cấu trúc khác nhau: ngắn - dài, linh hoạt – cố định, phân cực (ví dụ, được chức năng hóa bởi dị nguyên tử), hay không phân cực (ví dụ, chuỗi hoặc vòng hydrocacbon)15,16 Xem xét cấu trúc của chất hoạt động bề mặt gemini, chúng thể hiện hiệu quả cao hơn trái

7

ngược với các chất hoạt động bề mặt đơn phân (thông thường), chẳng hạn như giảm nồng

độ micelle tới hạn (CMC), khả năng giảm sức căng bề mặt lớn hơn hoặc thúc đẩy hoạt động kháng khuẩn17

Ngày nay, thế giới đang phải đối mặt với sự biến đổi khí hậu, đối mặt với thiên tai, bão lũ, hạn hán trên khắp các lục địa, vì vậy những loại vật liệu có khả năng phân hủy sinh học ngày càng được chú trọng để giảm thiểu ô nhiễm môi trường Phương pháp hóa học xanh tổng hợp AgNPs bằnh cách sử dụng dịch chiết của thực vật làm tác nhân khử, hạn chế tối đa việc ô nhiễm môi trường (ví dụ như dịch chiết cỏ mực18, dịch chiết lá húng chanh19,…) Vì vậy, khả năng phân hủy sinh học của Gemini càng dành nhiều sự chú ý của các nhà khoa học trong việc ứng dụng làm chất phân tán hạt nano20

Xem xét các thuộc tính trên, và thực tế là việc sử dụng chất hoạt động bề mặt gemini mang lại hiệu quả mong muốn ở nồng độ thấp hơn so với các chất tương tự đơn phân Chất hoạt động bề mặt Gemini, do đặc tính kháng khuẩn của chúng chống lại vi khuẩn21 và nấm22, có thể nâng cao khả năng kháng khuẩn của nano bạc, trong nhiều lĩnh vực đời sống và công nghiệp

2.2.1 Lịch sử phát triển của Gemini

Báo cáo đầu tiên về chất hoạt động bề mặt gemini đã được thảo luận bởi Bunton23, trong đó chất hoạt động bề mặt amoni bromua bậc bốn được tổng hợp và các đặc tính hấp phụ của chúng trong pha nước Tiếp theo là các nghiên cứu về một loạt các chất hoạt động bề mặt amoni gemini bậc bốn cation của Devinsky24 và cấu trúc chất hoạt động bề mặt gemini anion của Okahara25 Năm 1991, Menger và cộng sự26,27 đã gán thuật ngữ

‘‘ gemini ”cho mô tả các loại chất hoạt động bề mặt bậc hai

Thuật ngữ này đã được xa hơn được mở rộng cho các họ chất hoạt động bề mặt kép và hai đuôi khác, bất kể bản chất của nhóm đầu, chuỗi đuôi hoặc bộ đệm Sau đó, Menger28 cũng nghiên cứu ảnh hưởng của dị vòng đầu và thủy tinh thể axetylen về hành

vi micellization của chất hoạt động bề mặt cation gemini Cho đến nay, nhiều loại chất hoạt động bề mặt gemini với các điện tích ion khác nhau và các nhóm chất đệm có được tổng hợp bởi các nhà nghiên cứu và nhà hóa học, tùy thuộc vào loại ứng dụng

8

2.2.2 Cấu trúc Gemini

Hình 2.3: Cấu trúc cơ bản của Gemini

Chất hoạt động bề mặt Gemini là tên gọi đại diện cho một nhóm chất hoạt động bề mặt bao gồm của hai phần tử lưỡng tính giống nhau hoặc khác nhau được kết nối với một chuỗi đệm Chất đệm có thể kỵ nước (béo / thơm) hoặc ưa nước (polyete), ngắn (2–4 nhóm metyl) hoặc dài (5 nhóm metyl), cứng (stilbene) hoặc dẻo (polymethylene) Những chất hoạt động bề mặt này đang nhanh chóng thu hút sự quan tâm do để vượt trội về chức năng của chúng so với các chất hoạt động bề mặt monome tương ứng, có chứa một đầu

và một đuôi Ý tưởng cơ bản đằng sau gemini thiết kế chất hoạt động bề mặt là việc liên kết hai chất hoạt động bề mặt có thể cung cấp lộ trình mới để kiểm soát hình dạng của các tập hợp chất hoạt động bề mặt Các đặc tính hóa lý của chất hoạt động bề mặt gemini

có thể được điều chỉnh cho một mục đích cụ thể bằng cách thay đổi các yếu tố cấu trúc của chúng Cấu trúc phân tử của một phân tử chất hoạt động bề mặt gemini được hiển thị trong Hình 2.4, được chia làm 2 dạng chính

A B Hình 2.4: Cấu trúc của Gemini A) Cấu trúc đối xứng B) Cấu trúc bất đối xứng29

micelle tới hạn cao hơn so với muối dimeric30,31 Vì vậy, các chất hoạt động bề mặt

Gemini tốt hơn trong việc giảm sức căng bề mặt so với các chất tương tự đơn lượng của chúng

Hình 2.5: Micelle của chất hoạt động bề mặt thông thường và Gemini

2.2.3.2 Hoạt tính tan huyết (Hemolycity)

Chất hoạt động bề mặt Gemini alkylamoni có đặc tính amphiphilic và có thể tương tác với nhiều bề mặt khác nhau, cũng như với màng của hồng cầu Łuczyński và cộng sự báo cáo rằng chuỗi hydrocacbon của chất hoạt động bề mặt gemini thâm nhập vào lớp kép lipid kỵ nước của màng hồng cầu, gây ra sự tương tác giữa các phân tử lipid, dẫn đến

10

ly giải tế bào32 Hoạt tính tan huyết của các chất hoạt động bề mặt thường được biểu thị bằng HC50, nghĩa là, nồng độ gây ra sự tan máu của 50% tổng số hồng cầu, và nó phụ thuộc mạnh mẽ vào cấu trúc của chất hoạt động bề mặt

Łuczyński và cộng sự cũng đã cho thấy rằng tan máu hoạt động phụ thuộc vào chiều dài chuỗi alkyl, trong khi các hợp chất có 10 và 12 nguyên tử cacbon thể hiện hoạt tính tan máu cao nhất Chất hoạt động bề mặt ngắn hơn chuỗi alkyl chỉ gây ra hiện tượng tan máu ở nồng độ rất cao Cũng tương tự chuỗi đơn cho thấy hoạt tính tan huyết tương đương với gemini có cùng chiều dài của chuỗi alkyl

2.2.3.3 Khả năng chống ăn mòn

Ăn mòn là một quá trình suy giảm (xuống cấp) các đặc tính của vật liệu do tương tác giữa bề mặt và môi trường, dẫn đến những thay đổi trong vật liệu đặc tính vì sự phân hủy cấu trúc của vật liệu Vấn đề ăn mòn ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực công nghiệp, dầu

mỏ và khí đốt, điện tử, thực phẩm, sơn, chất phủ, hàng hải, hóa chất, ô tô và trong cuộc sống hàng ngày Để hạn chế quá trình này người ta sử dụng các chất ức chế ăn mòn, là các chất hóa học mà khi được thêm vào, với một lượng nhỏ, vào môi trường ăn mòn, sẽ giảm đáng kể tốc độ ăn mòn của kim loại33 Cơ chế hoạt động chung của ăn mòn hữu cơ chất ức chế dựa trên sự hấp phụ các phân tử của chất ức chế lên bề mặt kim loại bằng cách dịch chuyển phân tử nước và tạo thành một lớp màng bảo vệ Vì vậy, việc sử dụng các chất ức chế ăn mòn hữu cơ, đặc biệt là các chất hoạt động bề mặt cation gemini, là phương pháp hiệu quả và thiết thực nhất34, đặc biệt để kiểm soát sự ăn mòn do axit gây

ra35

2.2.3.4 Khả năng kháng khuẩn

Vi sinh vật cần thiết cho một số lượng lớn các quá trình trao đổi chất và công nghệ sinh học Tuy nhiên, chúng cũng là nguyên nhân gây ra các bệnh tật, cũng như sự suy giảm sinh học của vật liệu kỹ thuật như gỗ, giấy, dệt, sơn, đồ đá, kim loại, Để giảm thiểu rủi ro từ hoạt động vi sinh, các hợp chất hóa học có hoạt tính diệt khuẩn, diệt vi sinh

đã thường được sử dụng bao gồm một số phenol và các dẫn xuất của chúng, hợp chất halogen, chất oxi hóa, hợp chất amoni bậc bốn, rượu, andehit và axit hữu cơ và vô cơ36,37

sự phá vỡ của màng tế bào Sự hư hỏng của màng dẫn đến giải phóng các ion kali và các thành phần cấu tạo tế bào có trọng lượng phân tử thấp khác, cuối cùng dẫn đến cái chết của tế bào vi sinh vật38,39 Hoạt động diệt khuẩn của chất diệt khuẩn thường được thực hiện với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC), tức là nồng độ tối thiểu của hợp chất ức chế sự phát triển của vi sinh vật MIC bị ảnh hưởng bởi một số các yếu tố như nồng độ của chất diệt khuẩn, thời gian tiếp xúc, pH, nhiệt độ, sự hiện diện của chất hữu cơ hoặc các hợp chất khác Hơn nữa MIC phụ thuộc rất nhiều vào bản chất, con số, vị trí và tình trạng của

vi sinh vật40

Hoạt tính diệt khuẩn của chất hoạt động bề mặt gemini phụ thuộc vào loại vi sinh vật Gram dương vi khuẩn nhạy cảm hơn vi khuẩn Gram âm với chất diệt khuẩn amoni Đây là do hình thái của màng tế bào, màng tế bào vi khuẩn gram dương được cấu tạo của các lớp peptidoglycan, có thể dễ dàng bị xâm nhập bởi chất hoạt động bề mặt, trong khi Gram âm màng tế bào được cấu tạo chủ yếu bởi lipopolysaccharid và protein hạn chế lối vào của chất diệt vi sinh41 Nói chung, sự nhạy cảm của vi sinh vật với gemini

alkylammonium microbiocide giảm dần theo thứ tự: Vi khuẩn gram dương> nấm> vi khuẩn gram âm42 Hoạt tính diệt khuẩn cũng phụ thuộc vào chủng vi sinh vật Các

các chủng môi trường có khả năng chống chịu cao hơn các chủng trong phòng thí

nghiệm43

Cấu trúc của chất diệt khuẩn là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt động kháng khuẩn Các muối Gemini alkylamonium là chất diệt vi sinh tốt hơn nhiều so với các chất tương tự đơn phân của chúng Giá trị MIC của đá quý thường thấp hơn từ 17–70 lần so với MIC của QAC tương tự đơn lẻ Ví dụ, MIC chống lại Staphylococcus aureus là 0,0036 [μM] đối với gemini [12-6-12] và 0,252[μM] đối với dodecyltrimethyl

ammonium bromide (DTAB) Điều này là do thực tế rằng chất hoạt động bề mặt gemini

12

không chỉ sở hữu hai nguyên tử nitơ tích điện dương mà còn có hai nguyên tử dài nhóm thế ưa béo Sự hấp phụ trên thành tế bào vi sinh vật và sự thâm nhập sau đó của lớp kép hiệu quả hơn

2.2.5 Ứng dụng của Gemini

2.2.5.1 Chất ổn định hạt nano

Hạt nano (NP) có rất nhiều ứng dụng trong y học, vật lý, quang học và điện tử Các kích thước và hình thái của các hạt nano quyết định ở mức độ cao các đặc tính và ứng dụng của chúng Các thông số này chủ yếu có thể được điều chỉnh bởi các chất hoạt động bề mặt hoạt động như các khuôn mẫu mềm hoặc bộ điều khiển nano Việc chuẩn bị các hạt nano vàng, bạc và hợp kim vàng-bạc bằng phương pháp xử lý hạt sử dụng chất hoạt động bề mặt gemini đã được mô tả bởi Tiwari et al.44 Các NPs thu được ổn định và được đặc trưng bởi UV-vis, XPS, TEM, phân tán năng lượng kỹ thuật quang phổ (EDS)

2.2.5.3 Nâng cao khả năng thu hồi dầu

Các phương pháp khai thác dầu truyền thống tạo ra các hồ chứa cạn kiệt chứa khoảng 20–40% dầu bị mắc kẹt49 Dầu còn lại bị giữ lại trong môi trường xốp do nhớt, bề mặt và các lực giao thoa, dẫn đến hiệu quả dịch chuyển kém50 Việc thực hiện các

phương pháp tiên tiến hoặc sự kết hợp của chúng để cho phép thu hồi dầu dư là được gọi