بایوسایدها

بایوسایدها موادی هستند که برای کنترل و از بین بردن میکروارگانیسم ها از جمله ویروس ها، باکتری ها و قارچ ها به کار میروند. بایوسایدها از طریق یک عمل شیمیایی یا بیولوژیکی میکروارگانیسم ها را از بین میبرند. به طور کلی، بایوسایدها به چهار گروه عمده تقسیم می شوند. ضدعفونی کننده ها، نگهدارنده ها، کنترل آفات و سایر محصولات زیست کش. در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز و یا سیستم های تصفیه از بایوسایدها استفاده میشود. بایوسایدها از نظر عملکرد دو دسته هستند. بایوسایدهای اکسید کننده و غیر اکسنده.

بایوسایدهای اکسید کننده

یک بایوساید اکسید کننده با اکسید کردن (واکنش انتقال الکترون) ساختار سلول به میکروارگانیسم ها حمله می کند. و باعث اختلال در عبور مواد مغذی از دیواره سلولی می شود. بایوسایدهای اکسید کننده در مقایسه با بایوسایدهای غیر اکسید کننده سریع کشنده و کم هزینه تر هستند. ازجمله بایوسایدهای اکسید کننده استآمونیوم بروماید، سولفات آمونیوم، گاز کلر،دی اکسید کلر،آب اکسیژنه، آلکیل هایدانتوئین هالوژنه،اسید پراستیک، هیپوکلریت سدیم، سدیم بروماید، را میتوان نام برد.

بایوسایدهای غیر اکسید کننده

بایوسایدهای غیر اکسید کننده از طریق فرآیندهای مختلفی کار می کنند. این بایوسایدها با تولید مثل تداخل ایجاد می کنند، فرآیند تنفس را متوقف می کنند یا دیواره سلولی را می شکنند. آنها به طور کلی برای رسیدن به غلظت کافی برای مدت طولانی برای از بین بردن باکتری ها، جلبک ها یا قارچ ها با شات تغذیه می شوند. زمان کشتن معمولاً به چندین ساعت تا یک روز نیاز دارد. در برخی موارد، بایوسایدهای غیر اکسید کننده موثرتر و راحت تر از بایوسایدهای اکسید کننده هستند. بنابراین، هر دو بایوساید با هم در بسیاری از شرایط مانند سیستم های آب خنک کننده استفاده می شوند. انتخاب یک بایوساید غیر اکسید کننده به عوامل زیادی مانند PH،زمان ، اثربخشی در برابر میکروارگانیسم های مختلف، زیست تخریب‌پذیری، سمیت و سازگاری با سایر مواد شیمیایی بستگی دارد.
دگلوتارآلدئید، دی اتیل دی تیوکاربامات، متیلن بیس تیوسیانات، پلی (هگزامتیلن بیگوانید) هیدروکلراید، سولفات تترا (هیدروکسی متیل) – فسفونیوم ، بایوسایدهای غیر اکسنده هستند.

عملکرد بایوسایدها

مکانیسم عمل بایوسایدها را می توان به چهار دسته کلی تقسیم کرد: اکسیدان ها، الکتروفیل ها، لیتیک و پروتونوفورها. اکسیدان ها، کلر و پراکسیدها مستقیماً از طریق واکنش های رادیکالی برای اکسید کردن مواد آلی کار می کنند. عوامل الکتروفیل شامل بایوسایدهای آلی مانند فرمالدئید و ایزوتیازولون ها و یون های معدنی مانند نقره، مس و جیوه است. این بایوسایدها به صورت کووالانسی با نوکلئوفیل های سلولی واکنش می دهند تا آنزیم ها را غیرفعال کنند. آنها شروع به تشکیل رادیکال های آزاد داخل سلولی می کنند که مسئول عمل کشنده آنها هستند.

فنولیک ها

بایوسایدهای فنولیک از سال 1867 مورد استفاده قرار گرفتند. بایوسایدهای فنولیک در طیف وسیعی از کاربردها از جمله ضدعفونی‌کننده‌ها، اسکراب‌های جراحی، صابون‌ها، لوازم آرایشی و غیره به استثنای تماس با مواد غذایی استفاده می‌شوند.  مشتقات فنلی در شکل اسیدی نسبتا نامحلول در برابر باکتری ها و قارچ ها فعال تر هستند. اما اثربخشی آنها در برابر ویروس ها و هاگ ها چندان خوب نیست. آنها همچنین توسط خاک های آلی غیرفعال می شوند. به طور سنتی، فنل ها با استفاده از صابون ها به شکل قابل استفاده حل می شوند. صابون های ساده، مانند لورات پتاسیم، به آب سخت حساس هستند و از این رو مواد شوینده مصنوعی اغلب از روغن کرچک سولفونه، آلکیل بنزن سولفونات ها یا آلکیل اتر سولفات ها استفاده می شود.

یدها

ید در برابر باکتری ها و قارچ ها، از جمله ارگانیسم های مزاحم گرم منفی بسیار موثر است. ید احتمالاً با همان اهداف گروه کاهنده مانند سایر اکسید کننده‌های قوی مانند کلر برهمکنش می‌کند و این طیف وسیع اثربخشی را نشان می‌دهد. انتظار می‌رود بسیاری از اجزای ساختاری باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها این گروه‌های حساس را هم روی سطوح و هم در داخل خود نشان دهند. ظرفیت نفوذ سریع هالوژن منجر به فعالیت زیست کشی سریع و قوی می شود که با تمایل به تعامل اکسیداتیو با بسیاری از عوامل آلی در محیط مقابله می کند.

کلروهگزیدین و سایر بیگوانیدها به فسفولیپیدهای غشایی متصل می شوند که عملکرد غشاء و آنزیم های مرتبط با غشای سیتوپلاسمی باکتری ها، مخمرها و قارچ ها را مختل می کنند. تغییرات بار سطحی میکروارگانیسم ها نیز به سرعت توسط بیگوانیدها که مولکول های کاتیونی قوی هستند، ایجاد می شود. اتانول و ایزوپروپانول تا حدی به دلیل اثرات حلال لیپیدی خود، عملکرد ضد میکروبی دارند، غشاهای دولایه لیپیدی را مختل می کنند، و تا حدی در نتیجه تأثیرات دناتوره کننده آنها بر ساختار پروتئین سوم، در نتیجه اجزای پروتئینی ساختاری و عملکردی همه سلول ها را غیرفعال می کنند. این تأثیرات دناتوره‌کننده در محیط‌های آبی افزایش می‌یابد، به طوری که برای مثال اتانول خالص نسبت به غلظت‌های پایین‌تر در آب، باکتری‌کشی کمتری دارد.

نانو بایوسایدها

یکی از مشکلات جدی بهداشت عمومی مقاومت آنتی بیوتیکی توسط باکتری ها و قارچ های بیماری است. از دیگر مشکلات خوردگی تحت تأثیر MICمیباشد که یک معضل صنعتی بزرگ است و باعث ایجاد مشکلات در سیستم های حمل و نقل فلزی می شود. کنترل خوردگی در بسیاری از کاربردهای صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار است. در بخش نفت و گاز، حدود 20 درصد از کل خسارت خوردگی سالانه فلزات ممکن است توسط فعالیت های MIC ایجاد شود.  انواع مختلفی از میکروارگانیسم ها در لایه بیوفیلم مسئول این نوع خوردگی هستند که شامل باکتری های کاهنده سولفاتSRB، باکتری های کاهنده آهن IRB، اکسید کننده آهن IOB و باکتری های لجن ساز می باشند. از میان این موجودات، SRB با اکسید کردن مستقیم فلزات به صورت بی هوازی و یا تولید گونه‌های سولفیدی مانند سولفید هیدروژن، سولفات‌های فلزی و سولفیدها در طی واکنش‌های اکسیداسیون/کاهش، بیشترین سهم را در خوردگی زیستی دارند.
روش‌های کنترل میکروارگانیسم ها و زیست خوردگی عمدتاً بر اساس مهار رشد و یا فعالیت متابولیکی میکروارگانیسم‌ها و تغییر محیط خوردگی برای به حداقل رساندن سازگاری میکروارگانیسم‌ها است. روش کاربردی برای کنترل یا به حداقل رساندن خوردگی شامل حفاظت کاتدی ، پوشش‌های محافظ ، استفاده از بازدارنده‌های خوردگی و زیست‌کش‌ها است. با این حال، بیشتر بایوسایدهای متداول مورد استفاده در صنایع نفت و گاز، مانند گلوتارآلدئید، فسفونیوم چهارتایی و ترکیبات آمونیوم چهارتایی، به دلیل سمیت طبیعی خود و به دلیل تشکیل محصولات جانبی ضدعفونی، باعث بسیاری از مسائل بهداشت محیطی می شوند.

نانومواد به عنوان بایوسایدهای سبز به دلیل عملکرد ضد میکروبی قابل توجه و خطر زیست محیطی نسبتاً کم، توجه زیادی جلب کرده است. مکانیسم های مهار میکروارگانیسم ها موجب افزایش کارایی نانوذرات و  کاربرد آنها در برابر میکروارگانیسم های مختلف می شود. نانومواد مختلف، از جمله نانوذرات فلزی و اکسید فلزی، نانوساختارهای کربنی و سایر بایوسایدها فعالیت‌های ضدمیکروبی خوبی دارند و به عنوان زیست‌کش‌های استفاده می شوند. بسیاری از آنها نیز اثرات زیست‌محیطی کمتر دارند.

عملکرد نانو بایوسایدها

مهار زیست خوردگی توسط نانومواد را می توان به فعالیت ضد باکتریایی آنها در برابر میکروارگانیسم ها نسبت داد و تحت تأثیر عواملی مانند اندازه، شکل و گروه های عملکردی قرار می گیرد. هنگامی که نانومواد به عنوان پوشش یا به عنوان زیست کش استفاده می شوند، به عنوان یک لایه غیرفعال برای مهار چسبندگی باکتری ها عمل می کنند و فعالیت ضد باکتریایی را برای پوشش فراهم می کنند. نانوذرات می توانند بر میزان چسبندگی باکتری ها و تشکیل بیوفیلم نیز تأثیر بگذارند.
تاکنون نانومواد در بخش نفت وگاز برای کاربردهای مختلفی مانند سیالات حفاری، بازدارنده‌های خوردگی، افزایش بازیافت نفت و کاهش ویسکوزیته استفاده شده‌اند. زیست‌کش‌های ایده‌آل مبتنی بر نانومواد باید دارای خواص ضدمیکروبی موثر در برابر میکروارگانیسم‌های مختلف موجود در آب باشند و در عین حال اثرات زیست‌محیطی کمتری داشته باشند. اخیراً از نانوساختارهای مختلفی برای مهار تشکیل بیوفیلم و خوردگی زیستی در برابر SRB مانند نانوذرات اکسید روی و نانوذرات نقره استفاده شده است. کاربردهای ممکن در بخش مواد غذایی، حفاظت از رنگ ها و لاک ها و همچنین گریس، روغن های روان کننده و غیره میباشد. در بخش فناوری پوشش، می توان آنها را بر روی کلیه سطوح برای حفاظت باکتریولوژیک از جمله دستگیره های درب و پله برقی، تجهیزات پزشکی، سیستم های تهویه مطبوع، سطوح بهداشتی و مبدل های حرارتی اعمال کرد.