Tetraethoxysilane หรือที่รู้จักกันในชื่อ TEOS เป็นสารประกอบทางเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ รวมถึงวิทยาศาสตร์วัสดุ ในฐานะซัพพลายเออร์ชั้นนำของ Tetraethoxysilane ฉันได้เห็นผลกระทบที่น่าทึ่งต่อคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกัน หนึ่งในแง่มุมที่น่าสนใจที่สุดคืออิทธิพลที่มีต่อประสิทธิภาพการต้านเชื้อแบคทีเรียของวัสดุ ในบล็อกนี้เราจะสำรวจว่า tetraethoxysilane มีผลต่อความสามารถในการต้านเชื้อแบคทีเรียของวัสดุอย่างไรและทำไมจึงเป็นสารเติมแต่งที่มีค่าในการแสวงหาวัสดุต้านเชื้อแบคทีเรีย
พื้นฐานของ tetraethoxysilane
Tetraethoxysilane เป็นของเหลวที่ไม่มีสีด้วยสูตรเคมี Si (Oc₂h₅) ₄ มันเป็นสารประกอบที่ใช้ซิลิกอนที่มีปฏิกิริยาสูงและสามารถผ่านการไฮโดรไลซิสและปฏิกิริยาการควบแน่น ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการใช้งานในกระบวนการโซล - เจลซึ่งเป็นวิธีการทั่วไปสำหรับการเตรียมวัสดุอนินทรีย์การเคลือบและคอมโพสิต
ในระหว่างกระบวนการโซล - เจล TEOS จะทำปฏิกิริยากับน้ำในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาโดยทั่วไปเป็นกรดหรือฐาน ปฏิกิริยาการไฮโดรไลซิสจะแบ่งพันธะ Si - O - C แทนที่กลุ่ม ethoxy (-oc₂h₅) ด้วยกลุ่มไฮดรอกซิล (-OH) ต่อจากนั้นปฏิกิริยาการควบแน่นเกิดขึ้นโดยที่กลุ่มไฮดรอกซิลจะทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันเพื่อสร้างพันธะ Si - O - Si ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเครือข่ายซิลิกาสามมิติ
กลไกการกระทำของต้านเชื้อแบคทีเรียในวัสดุ
ก่อนที่จะเจาะลึกว่า TEOS มีผลต่อประสิทธิภาพการต้านเชื้อแบคทีเรียเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจกลไกทั่วไปของการกระทำของต้านเชื้อแบคทีเรียในวัสดุ มีหลายวิธีที่วัสดุสามารถแสดงคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรีย:
- การปล่อยสารต้านเชื้อแบคทีเรีย: วัสดุบางชนิดมีสารต้านเชื้อแบคทีเรียเช่นไอออนโลหะ (เช่นเงิน, ทองแดง) หรือยาปฏิชีวนะ สารเหล่านี้จะค่อยๆปล่อยออกมาจากพื้นผิววัสดุและสามารถฆ่าหรือยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย
- การหยุดชะงักทางกายภาพ: ภูมิประเทศพื้นผิวของวัสดุสามารถมีบทบาทในกิจกรรมต้านเชื้อแบคทีเรีย พื้นผิวนาโนหรือพื้นผิวที่ขรุขระสามารถทำลายเซลล์แบคทีเรียทางร่างกายป้องกันการยึดเกาะและการเจริญเติบโต
- การสร้างสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร: วัสดุสามารถเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมในท้องถิ่นรอบ ๆ แบคทีเรียเช่นการเปลี่ยนค่า pH หรือศักยภาพรีดอกซ์ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อการอยู่รอดของแบคทีเรีย
อิทธิพลของ tetraethoxysilane ต่อประสิทธิภาพการต้านเชื้อแบคทีเรีย
การรวมตัวกันของสารต้านเชื้อแบคทีเรีย
หนึ่งในวิธีหลัก TEOS ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการต้านเชื้อแบคทีเรียของวัสดุคือการอำนวยความสะดวกในการรวมตัวกันของสารต้านเชื้อแบคทีเรีย ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ TEOS สามารถใช้ในกระบวนการ SOL - GEL เพื่อสร้างเมทริกซ์ซิลิกา เมทริกซ์นี้สามารถห่อหุ้มตัวแทนต้านเชื้อแบคทีเรียปกป้องพวกเขาจากการย่อยสลายก่อนวัยอันควรและอนุญาตให้มีการควบคุมการปลดปล่อย
ตัวอย่างเช่นอนุภาคนาโนเงินเป็นที่รู้จักกันดีสำหรับคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียที่มีศักยภาพ ด้วยการเพิ่มซิลเวอร์ไนเตรตลงในระบบ SOL - เจลที่ใช้ TEOS สามารถเกิดอนุภาคนาโนสีเงินในแหล่งกำเนิดในระหว่างกระบวนการ SOL - เจล เมทริกซ์ซิลิกาที่เกิดขึ้นจาก TEOS ให้สภาพแวดล้อมที่มั่นคงสำหรับอนุภาคนาโนเงินป้องกันการรวมตัวของพวกเขาและสร้างความมั่นใจว่าการปล่อยไอออนเงินอย่างยั่งยืนเมื่อเวลาผ่านไป การปลดปล่อยไอออนเงินที่ควบคุมนี้สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่หลากหลายรวมถึงแบคทีเรียกรัม - บวกและกรัม - แบคทีเรียเชิงลบ
การดัดแปลงพื้นผิว
TEOS ยังสามารถใช้ในการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของวัสดุเพื่อเพิ่มคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรีย การเคลือบเจล - เจลที่ได้จาก TEOS สามารถนำไปใช้กับพื้นผิวของพื้นผิวต่าง ๆ เช่นโพลีเมอร์โลหะและเซรามิก การเคลือบเหล่านี้สามารถสร้างภูมิประเทศพื้นผิวที่มีโครงสร้างนาโนซึ่งสามารถขัดขวางเซลล์แบคทีเรียทางร่างกาย
เมื่อแบคทีเรียสัมผัสกับ TEOs ที่ได้รับโครงสร้างนาโน - การเคลือบที่ได้มาจากขอบคมและส่วนที่ยื่นออกมาบนพื้นผิวสามารถเจาะเยื่อหุ้มเซลล์แบคทีเรียได้ซึ่งนำไปสู่การสลายเซลล์และความตาย นอกจากนี้ความขรุขระของพื้นผิวสามารถลดพื้นที่สัมผัสระหว่างแบคทีเรียและพื้นผิวของวัสดุทำให้แบคทีเรียยากขึ้นและสร้างแผ่นชีวะ
การสร้างสภาพแวดล้อมที่เข้ากันได้ทางชีวภาพและต้านเชื้อแบคทีเรีย
TEOS - วัสดุซิลิกาที่ได้รับโดยทั่วไปจะเข้ากันได้ทางชีวภาพซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ในการใช้งานที่จำเป็นต้องมีการสัมผัสกับเนื้อเยื่อที่มีชีวิตเช่นอุปกรณ์การแพทย์ เมทริกซ์ซิลิกาที่เกิดขึ้นจาก TEOS สามารถให้สภาพแวดล้อมที่มั่นคงและไม่เป็นพิษสำหรับเซลล์ในขณะที่ยังแสดงคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรีย
ยิ่งไปกว่านั้นเครือข่ายซิลิกาสามารถดูดซับและรักษาความชื้นสร้างสภาพแวดล้อมขนาดเล็กที่สามารถส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ในบางกรณีการปรากฏตัวของซิลิกาสามารถเปลี่ยนแปลงค่า pH ในท้องถิ่นหรือความแข็งแรงของไอออนิกสร้างสภาพแวดล้อมที่ดีน้อยกว่าสำหรับการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย
การประยุกต์ใช้ TEOS - วัสดุต้านเชื้อแบคทีเรียที่เพิ่มขึ้น
การใช้ TEOS เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพต้านเชื้อแบคทีเรียของวัสดุได้นำไปสู่การใช้งานที่หลากหลาย:
อุปกรณ์การแพทย์
ในสาขาการแพทย์ TEOS - วัสดุต้านเชื้อแบคทีเรียที่ได้รับสามารถใช้ในการเคลือบสายสวนการปลูกถ่ายและเครื่องมือผ่าตัด การเคลือบเหล่านี้สามารถลดความเสี่ยงของการติดเชื้อแบคทีเรียซึ่งเป็นข้อกังวลสำคัญในการตั้งค่าการดูแลสุขภาพ ตัวอย่างเช่นการเคลือบแบบใช้ TEOS ที่มีอนุภาคนาโนสีเงินบนสายสวนปัสสาวะสามารถป้องกันการเจริญเติบโตของแบคทีเรียเช่น Escherichia coli และ Staphylococcus aureus ลดอุบัติการณ์ของสายสวนติดเชื้อทางเดินปัสสาวะที่เกี่ยวข้อง
บรรจุภัณฑ์อาหาร
บรรจุภัณฑ์อาหารเป็นอีกพื้นที่หนึ่งที่วัสดุต้านเชื้อแบคทีเรียเป็นที่ต้องการอย่างมาก TEOS - การเคลือบด้วยวัสดุสามารถนำไปใช้กับวัสดุบรรจุภัณฑ์อาหารเช่นฟิล์มพลาสติกและกระดาษแข็ง การเคลือบเหล่านี้สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่เน่าเสียและเชื้อโรคในอาหารซึ่งขยายอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์อาหารและปรับปรุงความปลอดภัยของอาหาร
การบำบัดน้ำ
TEOS - วัสดุต้านเชื้อแบคทีเรียที่ปรับปรุงแล้วยังสามารถใช้ในการใช้งานการบำบัดน้ำ ตัวอย่างเช่นตัวกรองสื่อที่เคลือบด้วย TEOS - การเคลือบต้านเชื้อแบคทีเรียที่ได้รับสามารถกำจัดแบคทีเรียออกจากน้ำได้ คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียของการเคลือบสามารถป้องกันการเจริญเติบโตของแบคทีเรียบนพื้นผิวตัวกรองรักษาประสิทธิภาพของกระบวนการกรองและสร้างความมั่นใจในคุณภาพของน้ำที่ผ่านการบำบัด
เปรียบเทียบกับสารประกอบอื่น ๆ ที่ใช้ซิลิโคน
เมื่อพิจารณาถึงการใช้ TEOS เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการต้านเชื้อแบคทีเรียมันคุ้มค่าที่จะเปรียบเทียบกับสารประกอบที่ใช้ซิลิโคนอื่น ๆ สองสารประกอบที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมซิลิโคนคือhexamethyldisilazaneและhexamethyldisiloxane-
Hexamethyldisilazane ส่วนใหญ่ใช้เป็นตัวแทน silylating ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนพื้นผิวของวัสดุได้โดยการแนะนำกลุ่ม trimethylsilyl ในขณะที่มันสามารถปรับปรุงการไฮโดรโฟบิซิตี้ของวัสดุ แต่คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียนั้นค่อนข้าง จำกัด เมื่อเทียบกับระบบที่ใช้ TEOS
Hexamethyldisiloxane เป็นของเหลวซิลิโคนระเหยที่มักใช้เป็นตัวทำละลายหรือน้ำมันหล่อลื่น มันไม่ได้มีคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียโดยธรรมชาติและส่วนใหญ่จะใช้สำหรับคุณสมบัติทางกายภาพมากกว่าสำหรับการใช้งานต้านเชื้อแบคทีเรีย
สารประกอบอื่นที่เกี่ยวข้องคือเมทิลซิลิเกตซึ่งคล้ายกับ TEOS ในแง่ของการใช้งานในกระบวนการโซล - เจล อย่างไรก็ตามกลุ่ม ethoxy ใน TEOS จะถูกแทนที่ด้วยกลุ่ม meth-oxy ในเมทิลซิลิเกต โดยทั่วไป TEOS ให้กระบวนการ SOL - GEL ที่มีความเสถียรและควบคุมได้มากขึ้นซึ่งสามารถเป็นประโยชน์สำหรับการรวมตัวกันของสารต้านเชื้อแบคทีเรียและการก่อตัวของการเคลือบต้านเชื้อแบคทีเรียที่มีคุณภาพสูง
สรุปและเรียกร้องให้ดำเนินการ
โดยสรุป Tetraethoxysilane มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพการต้านเชื้อแบคทีเรียของวัสดุ ด้วยความสามารถในการอำนวยความสะดวกในการรวมตัวกันของสารต้านเชื้อแบคทีเรียปรับเปลี่ยนพื้นผิวของวัสดุและสร้างสภาพแวดล้อมที่เข้ากันได้ทางชีวภาพและต้านเชื้อแบคทีเรีย TEOS ได้เปิดโอกาสใหม่ในการพัฒนาวัสดุต้านเชื้อแบคทีเรียสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย
ในฐานะซัพพลายเออร์ของ Tetraethoxysilane เรามุ่งมั่นที่จะให้บริการผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงและการสนับสนุนทางเทคนิคแก่ลูกค้าของเรา หากคุณมีความสนใจในการสำรวจศักยภาพของ tetraethoxysilane สำหรับการใช้งานวัสดุต้านเชื้อแบคทีเรียของคุณเราขอแนะนำให้คุณติดต่อเราสำหรับการอภิปรายและการจัดหาเพิ่มเติม ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณในการค้นหาโซลูชั่นที่ดีที่สุดสำหรับความต้องการเฉพาะของคุณ
การอ้างอิง
- Brinker, CJ, & Scherer, GW (1990) SOL - GEL Science: ฟิสิกส์และเคมีของการประมวลผล SOL - เจล สื่อวิชาการ
- Rai, M. , Yadav, A. , & Gade, A. (2009) อนุภาคนาโนเงินเป็นยาต้านจุลชีพรุ่นใหม่ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพ, 27 (1), 76 - 83
- Ivanova, EP, Verran, J. , Kelleher, CT, & Staunton, P. (2012) การยึดเกาะของแบคทีเรียและพื้นผิวต่อต้าน - เปรอะเปื้อน: การทบทวน Biofouling, 28 (6), 619 - 631