سورفکتانت چیست؟ – از کاربرد تا عملکرد ماده فعال سطحی

۳۸۳ بازدید
آخرین به‌روزرسانی: ۲ دی ۱۴۰۳
زمان مطالعه: ۱۵ دقیقه
دانلود PDF مقاله
سورفکتانت چیست؟ – از کاربرد تا عملکرد ماده فعال سطحیسورفکتانت چیست؟ – از کاربرد تا عملکرد ماده فعال سطحی

سورفکتانت ماده شیمیایی است که قدرت کاهش کشش سطحی موجود در یک مایع یا کشش سطحی موجود بین یک مایع با ماده دیگر را دارد. سورفکتانت‌ها کاربردهای گوناگونی دارند و به همین دلیل جزو گسترده‌ترین و حتی تجاری‌ترین مواد شیمیایی هستند. از ویژگی‌های سورفکتانت‌ها می‌توان در مصارف خانگی و صنایع مختلف سود برد و با توجه به این دامنه عملکرد گسترده می‌توان انتظار داشت که دسته‌بندی‌های زیادی برای سورفکتانت‌ها وجود داشته باشد. سورفکتانت‌ها در بدن ما نیز نقشی حیاتی دارند، این ماده در کیسه‌های هوایی ریه‌ها تولید و ترشح می‌شود و به خاطر حضور آن، دیواره کیسه‌های هوایی در هنگام بازدم روی هم نمی‌خوابند و ما قادر به تنفس خواهیم بود. در این مطلب از مجله فرادرس یاد می‌گیریم که سورفکتانت چیست و با سورفکتانت ریوی نیز به طور کامل آشنا می‌شویم، در نهایت هم اطلاعاتی مختصر در مورد انواع سورفکتانت‌های مورد استفاده در صنایع کشاورزی و داروسازی به دست می‌آوریم.

997696

سورفکتانت چیست؟

«سورفکتانت‌ها» (Surfactant) که به آن‌ها «ماده فعال سطحی» نیز می‌گویند، ترکیبات شیمیایی هستند که قدرت کاهش «کشش سطحی» (Surface Tension) موجود بین مواد مختلف را دارند. برای درک بهتر فعالیت این ترکیبات در ادامه انواع کشش‌های سطحی موجود را نام می‌بریم.

  • کشش سطحی بین دو مایع
  • کشش سطحی بین مایع و گاز
  • کشش سطحی بین مایع و جامد

کشش سطحی نوعی نیروی کششی است که در مایعات هنگام روبه‌رو شدن با مواد دیگر مشاهده می‌شود. این خاصیت به مایعات این امکان را می‌دهد که نوعی مقاومت در سطح خارجی خود ایجاد کنند و جلوی مخلوط شدن مایع با مواد دیگر را بگیرند. برای مثال روغن و آب نمی‌توانند در هم ادغام شوند و در سطح تماس آن دو شاهد کشش سطحی آب و روغن به طور جداگانه هستیم.

در بررسی کشش سطحی باید به این نکته توجه داشت که مایعات مختلف میزان کشش سطحی متفاوتی دارند. در صورتی که تمایل به کسب اطلاعات بهتر و کامل‌تر در مورد این پدیده فیزیکی دارید، مطالعه مطلب «کشش سطحی – به زبان ساده» از مجله فرادرس را به شما پیشنهاد می‌دهیم.

مولکول‌های سورفکتانت جزو ترکیبات آمفی‌پاتیک به حساب می‌آیند، زیرا در ساختار خود گروهی آب‌دوست (هیدروفیلیک) دارند که در سر مولکول قرار دارد و به آن «سر آب‌دوست» می‌گوییم و در بخش دیگری از ساختار مولکولی خود گروهی آب‌گریز (هیدروفوبیک) دارند که به آن «دم آب‌گریز» می‌گوییم.

با توجه به این ساختار مولکولی دوگانه سورفکتانت‌ها زمانی که در آب قرار می‌گیرند، آرایش فضایی خود را به نحوی می‌سازند که بخش‌های آب‌دوست در تماس با مولکول‌های آب باشد و بخش‌های آب‌گریز نیز در تماس با یکدیگر و به دور از آب باشند.

ساختار کلی مولکول سورفکتانت و انواع سورفکتانت ها
ساختار یک مولکول سورفکتانت

انواع سورفکتانت چیست؟

اغلب سورفکتانت‌ها ترکیباتی آلی با سرهای آب‌دوست و دم‌هایی آب‌گریز هستند. دلیل این ویژگی این است که سر این مولکول‌ها قطبی است و ممکن است دارای بار الکتریکی نیز باشد، دم سورفکتانت‌های مختلف نیز در اکثر مولکول‌ها از یک زنجیره هیدروکربنی ساخته شده است که می‌تواند شاخه‌دار، خطی یا آروماتیک باشد.

سورفکتانت‌ها ممکن است در ساختار خود یک الی دو دم داشته باشند، اما عاملی که به دسته‌بندی سورفکتانت‌ها کمک می‌کند گروه سر مولکول سورفکتانت است. در ادامه با انواع این مولکول‌ها آشنا می‌شویم.

  • «سورفکتانت‌های «غیریونی» (Non-Ionic Surfactant): این مولکول‌ها در سر خود گروه باردار ندارند.
  • «سورفکتانت‌های یونی» ( Ionic Surfactant): در سر این مولکول‌ها گروه بارداری وجود دارد که می‌تواند بار مثبت یا منفی داشته باشد. با توجه به مثبت یا منفی بودن بار، سورفکتانت‌های یونی به سه دسته تقسیم می‌شوند.
    • آنیونی: این دسته از سورفکتانت‌ها دارای بار منفی در سر مولکول خود هستند.
    • کاتیونی: این دسته از سورفکتانت‌ها دارای بار مثبت در سر مولکول خود هستند.
    • یون دوقطبی یا آمفوتر: این دسته از سورفکتانت‌ها در سر مولکول خود هر دو گروه باردار مثبت و منفی را دارند.
ساختار مولکولی چهار نوع سورفکتانت غیریونی، آنیونی، کاتیونی و آمفوتر
نحوه توزیع بار و ساختار انواع مختلف مولکول‌های سورفکتانت

سورفکتانت‌های آنیونی

سورفکتانت‌های آنیونی دارای گروه‌های آنیونی فعال در ناحیه سر خود هستند که باعث می‌شود این بخش از مولکول خاصیت آب‌دوستی داشته باشد. از انواع این گروه‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • سولفات
  • سولفونات
  • فسفات
  • کربوکسیلات‌ها

آنیون‌های دیگری نیز در ساختار سورفکتانت‌های مختلف وجود دارند، اما در این بین کربوکسیلات‌ها رایج‌ترین سورفکتانت‌های موجود هستند که انواع مختلفی نیز دارند.

سورفکتانت‌های کاتیونی

سورفکتانت‌های کاتیونی مولکول‌هایی با بار مثبت هستند که به طور معمول در ساختار خود ترکیبات نیتروژنی دارند. بسیاری از انواع سورفکتانت‌های کاتیونی خاصیت ضد باکتریایی دارند و همین موضوع دلیلی برای استفاده از این مواد در تولید ضدعفونی‌کننده‌ها است.

سورفکتانت‌های کاتیونی را نمی‌توان همراه با سورفکتانت‌های آنیونی استفاده کرد، زیرا بار مثبت این مولکول‌ها با بار منفی سورفکتانت‌های آنیونی واکنش می‌دهد و به این ترتیب آن‌ها نامحلول شده و خواص خود را ازدست می‌دهند. اما از سورفکتانت‌های کاتیونی می‌توان همراه با سورفکتانت‌های غیریونی استفاده کرد.

تصویرسازی از سورفکتانت کاتیونی

سورفکتانت‌های آمفوتر

این دسته از سورفکتانت‌ها در انتهای آب‌دوست خود هر دو نوع بار مثبت و منفی را دارند. این دو گروه متفاوت یکدیگر را خنثی می‌کنند و می‌توان گفت که بار آن‌ها صفر است، اما قرارگیری این سورفکتانت‌ها در محیط‌هایی با pHهای مختلف باعث می‌شود که توازن بار به هم بخورد و به این ترتیب pH محیط رفتار و بار مولکول سورفکتانت را تعیین می‌کند.

در محلول‌های اسیدی مولکول سورفکتانت آمفوتر، بار مثبت دارد و مشابه با سورفکتانت‌های کاتیونی رفتار می‌کند. در محلول‌هایی با خاصیت بازی نیز این مولکول‌ها بار منفی دارند، بنابراین رفتاری مشابه با سورفکتانت‌های آنیونی از خود نشان می‌دهند. از این دسته از سورفکتانت‌ها در محصولات مراقبتی مانند شامپوها و محصولات آرایشی استفاده می‌شود.

سورفکتانت‌های غیریونی

در ساختار این سورفکتانت‌ها هیچ یونی وجود ندارد و آن‌ها مولکول‌هایی خنثی هستند. این دسته خاصیت قطبی خود را به کمک بخشی از مولکول به دست می‌آورند که غنی از اکسیژن است و در انتهای مولکول قرار دارد. حضور اکسیژن که دارای مقدار زیادی الکترون است به این مولکول‌ها اجازه برقراری پیوندهای هیدروژنی با مولکول‌های آب را می‌دهد.

سورفکتانت ریه چیست؟

سورفکتانت ریه مخلوطی از چربی و پروتئین‌ها است که در ریه ساخته می‌شود و فضای درونی کیسه‌های هوایی را می‌پوشاند. حضور سورفکتانت در این کیسه‌ها باعث می‌شود که دیواره‌های کیسه‌های هوایی در حین بازدهم روی هم نخوابند و ساختار این کیسه‌ها که محل تبادل گازهای تنفسی هستند فرو نریزد، به این ترتیب با جلوگیری از چسبیدن این لایه‌ها به یکدیگر امکان تبادل گاز اکسیژن در حین دم فراهم می‌شود. با توجه به این نقش سورفکتانت می‌توان گفت که یکی از فعالیت این ماده در ریه‌ها نوعی فعالیت‌ بیوفیزیکی به حساب می‌آید.

شناخت آناتومی ریه به درک بهتر دلیل اهمیت سورفکتانت‌ها کمک می‌کند، زیرا سورفکتانت‌ ریوی برای حفظ ساختار ریه‌ها و عملکرد بهینه آن‌ها ضروری است. برای یادگیری دقیق و کامل آناتومی استفاده از فیلم آموزشی آناتومی تنه – قفسه سینه را به شما پیشنهاد می‌دهیم. با کلیک بر لینکی که در کادر زیر درج شده است می‌توانید به سادگی به این آموزش دسترسی داشته باشید.

ساختار ریه، کیسه‌های هوایی و سلول های ترشح کننده سورفکتانت ریوی
سورفکتانت ریوی توسط سلول‌های نوع ۲ کیسه‌های هوایی ترشح می‌شود - برای مشاهده تصویر در ابعاد بزرگ‌تر، روی آن کلیک کنید.

سورفکتانت‌ ریوی از ریه در برابر جراحات و عفونت‌هایی که به دلیل حضور میکروارگانیسم‌ها یا دیگر عوامل بیماری‌زا ایجاد می‌شوند، محافظت می‌کند و به همین دلیل می‌توان گفت که این ماده فعالیت ایمونولوژیکی نیز دارد.

دلیل اهمیت وجود سورفکتانت چیست؟

نوزادان نارس ممکن است پیش از آن که ریه‌ها به میزان کافی سورفکتانت بسازند، متولد شده باشند. در چنین شرایطی کمبود سورفکتانت باعث کاهش فعالیت ریه‌ها می‌شود و نتایج زیر را در پی دارد.

  • ریه‌های سفت و جمع‌‌ شده
  • تجمع مایعات در ریه

این شرایط نفس کشیدن را تبدیل به کاری دشوار می‌کند، بنابراین سورفکتانت برای عملکرد بهینه ریه‌ها و جلوگیری از زجر تنفسی لازم است.

تصویری از کیسه‌های هوایی نوزادان در شرایط طبیعی و در صورتی که نوزاد مبتلا به سندروم زجر تنفسی باشد
بافت و ساختاری کیسه‌های هوایی طبیعی و تخریب شده در نوزادان - برای مشاهده تصویر در ابعاد بزرگ‌تر، روی آن کلیک کنید.

سورفکتانت در نوزادان

کمبود سورفکتانت در ریه نوزادان تازه متولد شده، به خصوص اگر به صورت نارس متولد شده باشند، ممکن است منجر به بیماری شود که آن را با عنوان «سندروم زجر تنفسی» (Newborn Respiratory Distress Syndrome | NRDS) می‌شناسیم.

جنین به طور نرمال بین هفته‌های ۲۴ و ۲۸ بارداری شروع به تولید سورفکتانت مورد نیاز ریه‌ها می‌کنند، اما تا هفته ۳۴ بارداری میزان کافی از این ماده تولید نمی‌شود و در صورتی که نوزاد پیش از این زمان به دنیا بیاید ممکن است ریه‌ها به مقدار مورد نیاز برای تنفس در هوای آزاد سورفکتانت تولید نکرده باشند. در چنین شرایطی با بروز علائم سندروم زجر تنفسی، نوزاد نیاز به کمک گرفتن از روش‌های درمانی مانند موارد زیر دارد.

  • در صورتی که علائم شدید نباشند، کافیست که میزان اکسیژن بیشتری در اختیار نوزاد قرار داده شود.
  • در صورتی که علائم شدید باشند، از دستگاه تنفس مصنوعی یا دستگاه ونتیلاتور کمک گرفته می‌شود.

گاهی نیز ممکن است دزهایی از سورفکتانت مصنوعی با استفاده از لوله‌های تنفسی به نوزاد داده شود.

ترکیبات موجود در سورفکتانت ریه

سورفکتانت ریوی ترکیبی پیچیده از لیپیدها و پروتئین‌های خاص است. خواص سورفکتانت تنها توسط ساختار این مولکول‌ها تعیین نمی‌شود، بلکه درصد حضور آن‌ها در ساختار نهایی سورفکتانت نیز اهمیت زیادی دارد.

در ساخت سورفکتانت ریه دو دسته از سلول‌ها با یکدیگر همکاری دارند، به طوری که بخش اعظمی از اجزا توسط «سلول‌های نوع ۲ کیسه‌های هوایی» ساخته می‌شوند و سه نوع از پروتئين‌ها نیز توسط «سلول‌های کلارا» تولید و ترشح می‌شوند. این مولکول‌ها به مایع موجود در سطح ریه‌ها ترشح می‌شوند و به این ترتیب اجازه فرو ریختن ساختار کیسه‌های هوایی را نمی‌دهند.

حدود ۸۰ الی ۹۰ درصد ساختار سورفکتانت ریوی از لیپید و ۱۰ درصد آن نیز از پروتئین‌ها تشکیل شده است. لیپیدها به دلیل خاصیت آمفی‌پاتیکی که دارند، قادر به کاهش کشش سطحی موجود در فضای کیسه‌های هوایی هستند.

نموداری از درصد مواد تشکیل دهنده سورفکتانت ریه
مواد سازنده سورفکتانت ریه

لیپیدها

اجزای اصلی سورفکتانت ریوی فسفولیپیدها و پروتئین‌ها هستند. توزیع این مولکول‌ها به این صورت است که حدود ۸۰ الی ۹۰ درصد از وزن مولکولی سورفکتانت ریه‌ها را لیپیدها تشکیل داده‌اند. سه مورد زیر از اصلی‌ترین انواع لیپیدهای موجود در این ماده هستند.

  • «فسفاتیدیل‌کولین» (Phosphatidylcholine | PC)
  • «فسفاتیدیل‌گلیسرول» (Phosphatidylglycerol | PG)
  • «فسفاتیدیل‌اینوزیتول» (Phosphatidylinositol | PI)

بین این سه نیز فراوانی فسفاتیدیل کولین بیش از بقیه است و می‌توان گفت که ۷۰ درصد لیپیدهای سورفکتانت ریوی مولکول‌های فسفاتیدیل کولین هستند. این مولکول به شکلی بسیار منحصر به فرد حضور دارد که آن را با نام «دی‌پالمیتوئیل‌فسفاتیدیل‌کولین» (Dipalmitoylphosphatidylcholine | DPPC) می‌شناسیم. DPPC همراه با پروتئین‌های سورفکتانت، سطح فعال سورفکتانت را می‌سازند که این موضوع نیز نشان‌دهنده اهمیت زیاد این لیپید در ساختار سورفکتانت ریوی است.

ساختار مولکولی انواع فسفولیپیدهای موجود در سورفکتانت ریه
ساختار مولکولی انواع فسفولیپیدهای موجود در سورفکتانت ریه - برای مشاهده تصویر در ابعاد بزرگ‌تر، روی آن کلیک کنید.

دومین لیپیدی که حضور گسترده‌ای در ساختار سورفکتانت ریه دارد، فسفاتیدیل‌گلیسرول است که حضور آن نشان‌دهنده بلوغ ریه‌های انسان در دوران جنینی است. در ساختار سورفکتانت انواع دیگری از لیپیدها نیز حضور دارند که با توجه به این که ترکیبات سازنده سورفکتانت‌ در مهره‌داران به شدت حفاظت شده است، به نظر می‌رسد با این که این لیپیدها حضور کمی دارند، اما وجود داشتن آن‌ها در ساختار سورفکتانت برای کارآیی این ماده مهم است.

  • «فسفاتیدیل‌سرین» (Phosphatidylserine | PS)
  • «فسفاتیدیل‌اتانول‌آمین» (Phosphatidylethanolamine | PE)
  • «اسفنگومیلین (Sphingomyelin | SPM)
  • کلسترول
  • تری‌گلیسرید
  • دی‌گلیسرید

اهمیت حضور لیپیدهایی که با آن‌ها آشنا شدیم به این موضوع برمی‌گردد که این دسته از مولکول‌ها با خاصیت آمفی‌پاتیکی که دارند، می‌توانند کشش سطحی موجود در فضای کیسه‌های هوایی را کاهش بدهند. در ادامه ویژگی‌های ساختاری مولکول‌های آمفی‌پاتیک را توضیح می‌دهیم.

  • دو زنجیره اسیدچرب آب‌گریز و غیرقطبی
  • یک گروه سر آب‌دوست و قطبی که به کربن شماره ۳ مولکول گلیسرول متصل است.

دسته‌بندی کلی فسفولیپیدها با استفاده از تعیین نوع گروه سر مولکول صورت می‌گیرد. در صورتی که تمایل دارید با ساختار فسفولیپیدها و نقش آن‌ها در بدن بیشتر آشنا شوید، مطالعه مطلب «فسفولیپید چیست؟ – به زبان ساده» از مجله فرادرس را به شما پیشنهاد می‌دهیم.

پروتئین‌ها

در ساختار سورفکتانت ۴ نوع پروتئین نیز وجود دارند که دو نوع از آن‌ها آب‌دوست و دو پروتئین دیگر آب‌گریز هستند. این پروتئین‌ها را با عناوین زیر می‌شناسیم.

  • پروتئین‌ سورفکتانت A
  • پروتئین سورفکتانت B
  • پروتئین سورفکتانت C
  • پروتئین سورفکتانت D

پروتئین‌های سورفکتانت A و D عضو خانواده‌ای از پروتئین‌های ایمنی هستند که آن‌ها را با نام «کالکتین‌ها» (Collectins) می‌شناسیم. این پروتئین‌ها در بخش پایانه-NH2\text{NH}_2 ساختار خود ناحیه‌ای دارند که مشابه با کلاژن است و در پایانه-C نیز دومینی دارند که به آن‌ها قابلیت اتصال به سطح باکتری‌ها و ویروس‌ها را می‌دهد. به دلیل همین ساختار مولکولی است که این دو پروتئین در فعالیت‌های ایمنی ذاتی و اکتسابی نقشی موثر دارند.

ساختار سه بعدی انواع پروتئین های سورفکتانت
ساختار سه بعدی پروتئین‌های سورفکتانت - برای مشاهده تصویر در ابعاد بزرگ‌تر، روی آن کلیک کنید.

پروتئین‌های سورفکتانت B و C  آب‌گریز هستند و همراه با فسفولیپیدهای سورفکتانت تولید و ترشح می‌شوند. پروتئین سورفکتانت B یکی از مهم‌ترین اجزای سورفکتانت ریوی است، زیرا باعث افزایش توانایی سورفکتانت در کاهش هرچه بیشتر کشش سطحی می‌شود. این پروتئین خاصیت ضدمیکروبی نیز دارد و همین موضوع اهمیت ترشح آن را پررنگ‌تر می‌کند. در صورتی که سطح این پروتئین در سورفکتانت ریوی کاهش بیابد، عوارض جبران ناپذیری برای فرد بیمار ایجاد می‌شود که حتی می‌تواند به مرگ شخص نیز منتهی شود.

پروتئين سورفکتانت B خاصیت آمفی‌پاتیک دارد و به همین دلیل می‌تواند با فسفولیپیدهای سورفکتانت ارتباط برقرار کند. در ادامه با تولید و ترشح فسفولیپیدهای سورفکتانت آشنا می‌شویم و در آن مسیر یاد می‌گیریم که این مولکول‌ها پس از تولید در اجسام لاملار ذخیره می‌شوند، پروتئین سورفکتانت B در این ذخیره‌سازی نیز نقش دارد.

پروتئین سورفکتانت C یکی از آب‌گریزترین پپتیدهای شناخته شده با توالی محافظت شده در بین گونه‌های مختلف است. این مولکول که کوچک‌ترین پروتئین سورفکتانت نیز به حساب می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آید در ساختار خود یک مارپیچ آلفا با قابلیت گذر از غشای پلاسمایی دارد. همچنین وجود ۲ گروه پالمیتول در ساختار این پروتئين به آن قابلیت برقراری ارتباط با فسفولیپیدها را نیز می‌دهد.

پروتئین‌های سورفکتانت A و B و D توسط سلول‌های مسیرهای هوایی مانند «سلول‌های کلارا» (Clara Cells) و «سلول‌های زیرمخاط» (Submucosal Cells) تولید می‌شوند.

مراحل تولید، ترشح و بازیافت سورفکتانت چیست؟

سلول‌های نوع دو آلوئول‌ها که حدود ۷۰ درصد سطح کیسه‌های هوایی را تشکیل می‌دهند، مسئول سنتز سورفکتانت مورد نیاز ریه‌ها هستند. این سلول‌ها مواد موردنیاز خود برای سنتز سورفکتانت را از طریق رژیم غذایی به دست می‌آورند و ساخت سورفکتانت را در طی چند مرحله انجام می‌دهند که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم.

  • سورفکتانت در شبکه آندوپلاسمی سلول‌های نوع دو کیسه‌های هوایی ساخته می‌شود.
  • سورفکتانت ساخته شده به جسم گلژی منتقل می‌شود.
  • در جسم گلژی تغییرات بیشتری روی سورفکتانت اولیه اعمال شده و پس از آن در «اجسام لاملار» (Lamellar Bodies) ذخیره می‌شود.
  • مولکول‌های سورفکتانت از این سلول‌ها به مایع موجود در سطح کیسه‌های هوایی ترشح می‌شوند.
  • سورفکتانت ساختاری شبکه‌ای به خود می‌گیرد که به آن «میلین لوله‌ای» (Tubular Myelin) می‌گویند.
  • این ساختار شبکه‌ای با اضافه شدن به مایع موجود در سطح کیسه‌های هوایی غشای سورفکتانتی را ایجاد می‌کند.
  • فسفولیپیدها دو سرنوشت مختلف دارند. این مولکول‌ها یا توسط ماکروفاژها بلعیده شده و تجزیه می‌شوند، یا جذب سلول‌های نوع دو می‌شوند تا دوباره مورد استفاده قرار بگیرند.
مراحل تولید، ترشح و بازیافت اجزای مولکولی سورفکتانت به ویژه فسفولیپیدهای تولید شده توسط سلول‌های نوع ۲
مراحل تولید، ترشح و بازیافت اجزای سازنده سورفکتانت ریوی توسط سلول‌های نوع ۲ کیسه‌های هوایی - برای مشاهده تصویر در ابعاد بزرگ‌تر، روی آن کلیک کنید.

در ریه‌ها نقش سورفکتانت چیست؟

تا اینجای این مطلب یاد گرفتیم که سورفکتانت چیست و از میزان اهمیت ترشح سورفکتانت ریوی نیز آگاه شدیم. در این بخش قصد داریم به فعالیت‌های سورفکتانت بپردازیم که سه نقش اصلی دارد.

  1. کاهش کشش سطحی در سطح تماس هوا با مایع که نتیجه آن عدم تخریب ساختار کیسه‌های هوایی است.
  2. پاتوژن‌ها (عوامل بیماری‌زا) را شناسایی کرده و آن‌ها را از بین می‌برد یا از انتشار آن‌ها در بدن جلوگیری می‌کند.
  3. پاسخ‌های سیستم ایمنی را تعدیل می‌کنند.

میزان کشش سطحی در کیسه‌های هوایی در هنگام بازدم باید کم‌تر از ۲ میلی‌نیوتون بر متر (mN/m) باشد تا دیواره‌های کیسه‌ها روی هم نخوابند. توجه داشته باشید که این عدد با توجه به تغییرات شدید در سطح این کیسه ها در حین چرخه تنفس تعیین شده است. سورفکتانت این ویژگی را به دلیل حضور دی‌پالمیتوئیل‌فسفاتیدیل‌کولین به دست آورده است، زیرا این مولکول قادر به کاهش کشش سطحی به میزان مورد نیاز است.

دفاع از بدن در مقابل عوامل عفونی را به عنوان دومین نقش سورفکتانت مطرح کردیم. دو پروتئین سورفکتانت A و D مقاومت بدن در برابر آلودگی به عوامل بیماری‌زای باکتریایی و ویروسی را افزایش می‌دهند. روش کار این مولکول‌ها به این صورت است که با اتصال به سطح عوامل بیماری‌زا شانس فاگوسیتوز ویروس یا باکتری هدف را به وسیله سلول‌های ایمنی بدن مانند ماکروفاژها و مونوسیت‌ها بالا می‌برند.

این دو پروتئین در سومین وظیفه سورفکتانت نیز ایفای نقش می‌کنند. پروتئين سورفکتانت A قادر است از بلوغ «سلول‌های دندریتیک» (Dendritic Cell) جلوگیری کند. دو پروتئین سورفکتانت A و D می‌توانند به عوامل آلرژی‌زا نیز متصل شوند و به این ترتیب ترشح هیستامین در حین مواجه بدن با آلرژن‌ها کاهش می‌یابد.

تلاطم یک مایع به دلیل ادغام مولکول سورفکتانت با آن و کاهش کشش سطحی

یادگیری انواع مولکول‌های زیستی با فرادرس

مولکول‌های زیستی ترکیبات شیمیایی هستند که توسط موجودات زنده برای انجام فعالیتی خاص تولید می‌شوند. تا اینجای این مطلب در هنگام بررسی سورفکتانت ریوی از دو گروه اصلی از مولکول‌های زیستی، یعنی پروتئین‌ها و لیپیدها صحبت کردیم تا بهتر یاد بگیریم که سورفکتانت چیست. کربوهیدرات‌ها و اسیدهای نوکلئیک دو دسته‌بندی دیگر از مولکول‌های زیستی هستند. فعالیت‌های متابولیسمی مولکول‌های زیستی برای حیات جاندار ضروری است، برای مثال آسیب به آنزیم‌ها که از شناخته‌ شده‌ترین انواع پروتئین‌ها هستند، ممکن است باعث مرگ جاندار شود.

یادگیری خصوصیات بیوشیمیایی مولکول‌های زیستی چالش‌های به خصوص خود را دارد که با استفاده از منابع درست و اصلاح سبک یادگیری می‌توان از آن‌ها به سادگی گذر کرد. فرادرس به این منظور دوره‌های متنوعی را تولید کرده است که یادگیری بیوشیمی مولکول‌های زیستی را تبدیل به مسیری کرده است که می‌توان گام به گام در آن پیش رفت. در ادامه تعدادی از این دوره‌ها را معرفی می‌کنیم.

صفحه مجموعه فیلم های آموزش زیست شناسی – از دروس دانشگاهی تا کاربردی فرادرس
برای مشاهده صفحه مجموعه فیلم‌های آموزش زیست شناسی – از دروس دانشگاهی تا کاربردی فرادرس، روی صفحه کلیک کنید.

کاربرد سورفکتانت‌ها چیست؟

حالا که به طور کامل آموختیم سورفکتانت چیست، زمان آن رسیده است که به کاربرد این مولکول‌های آلی بپردازیم. سورفکتانت‌ها یکی از انواع مولکول‌هایی هستند که می‌توان با استفاده از آن‌ها شوینده‌های مختلفی را ساخت. با استفاده از آن‌ها می‌توان آلودگی‌های روی پوست، لباس‌ها و حتی سطوح مختلف را از بین برد. از این مولکول‌ها در صنایع مختلف نیز استفاده می‌شود، زیرا سورفکتانت‌ها می‌توانند خط اتصال آب با روغن‌ها یا آلودگی‌ها را از بین ببرند و به این ترتیب این مواد از یکدیگر تفکیک می‌شوند.

صابون‌ها از اولین سورفکتانت‌هایی هستند که از چربی‌هایی به نام «گلیسرید» ساخته شدند، به این ترتیب صابون‌ها جزو اولین سورفکتانت‌هایی بودند که مورد استفاده انسان‌ها قرار گرفتند. با این حساب می‌توان گفت که یکی از کاربردهای سورفکتانت‌ها تهیه شوینده‌های مختلفی از قبیل موارد زیر است.

  • پودر یا مایع لباس‌شویی
  • قرص‌های ماشین ظرف‌شویی
  • شامپوها
  • نرم‌کننده‌های مو
تصویرسازی از مولکول های آب و روغن یک محلول

کوسورفکتانت چیست؟

در این مطلب یاد گرفتیم که سورفکتانت چیست، اما در علوم زیستی از مواد دیگری برای افزایش قدرت سورفکتانت‌ها استفاده می‌شود که در این بخش قصد داریم به این ترکیبات شیمیایی بپردازیم. «کوسورفکتانت» (Co-surfactant) به مولکول سورفکتانتی گفته می‌شود که به سورفکتانت اولیه اضافه می‌شود تا میکروامولسیون باثبات‌تر و کارآمدتری تشکیل شود. در حقیقت این مولکول‌ها توانایی کاهش هرچه بیشتر کشش سطحی را دارند و به همین دلیل امولسیون‌سازی با کیفیت بیشتر انجام می‌شود و نتیجه آن نیزی امولسیونی است که ساختاری پایدار دارد.

شاید برای شما این سوال مطرح شده باشد که امولسیون چیست و چرا برای تهیه آن از حضور کوسورفکتانت‌ها بهره می‌گیریم. «امولسیون» (Emulsion) ترکیبی از دو یا تعداد بیشتری مایع است که در شرایط طبیعی نمی‌توانند با یکدیگر مخلوط شوند و در صورت قرارگیری در یک ظرف مرز بین آن‌ها به طور کامل مشخص خواهد بود.

سورفکتانت در کشاورزی

در ابتدای این مطلب پس از آن که گفتیم سورفکتانت چیست، از اثرگذاری این دسته از مولکول‌های آلی در صنایع مختلف صحبت کردیم. یکی از صنایعی که از خواص سورفکتانت‌ها برای موارد مختلفی سود می‌برد، صنعت کشاورزی است. سورفکتانت‌ها در کشاورزی باعث افزایش اثرگذاری موارد زیر می‌شوند.

  • «کودهای مایع» (Liquid Fertilizers)
  • «حشره‌کش‌ها» (Pesticides)
  • «علف‌کش‌ها» (Herbicides)
  • «محرک‌های زیستی» (Biostimulants)

با اضافه شدن سورفکتانت‌ها به محلول مغذی، میزان کشش سطحی در این محلول کاهش می‌یابد که نتیجه آن کاهش مرز بین مایع و هوا یا مایع و جامد است. دلیل استفاده از سورفکتانت‌ها در این محلول‌ها این است که کوتیکول طبیعی گیاهان که جهت محافظت از این جانداران تولید می‌شود، می‌تواند میزان جذب و کارآیی محلول‌های مغذی در برگ گیاهان را کاهش دهد. بعضی از سورفکتانت‌ها قادر به آسیب رساندن به این لایه کوتیکولی هستند و با این روش میزان جذب مواد مغذی را افزایش می‌دهند، اما سورفکتانت‌های دیگری نیز وجود دارند که از روش‌های دیگری به همین نتیجه که دلخواه کشاورزان است، دست پیدا می‌کنند.

تصویرسازی از سورفکتانت اسپری شده روی گیاهان

شیوه اثرگذاری سورفکتانت چیست؟

اکثر سورفکتانت‌ها کشش سطحی بین محلول مغذی و سطح گیاه را کاهش می‌دهند، اما هدف اصلی تمام آن‌ها بالا بردن کارآیی آفت‌کش‌ها است و برای رسیدن به این هدف از روش‌های مختلفی استفاده می‌کنند.

  • افزایش میزان نفوذ علف‌کش‌ها از میان لایه کوتیکولی سطح گیاهان
  • افزایش میزان انتشار در هنگام سم‌پاشی
  • مرطوب نگه داشتن سطح برگ برای جذب بیشتر مواد توسط گیاه
  • افزایش ویژگی چسبندگی مولکول‌ها برای جلوگیری از جاری شدن محلول

انواع سورفکتانت‌های کشاورزی

پنج نوع مختلف از سورفکتانت‌ها در کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند که در این بخش به طور مختصر به آن‌ها می‌پردازیم.

  1. «سورفکتانت‌های غیریونی» (Non-Ionic Surfactants | NIS): این دسته به کاهش کشش سطحی محلول اسپری شده، افزایش انتشار آن و قابلیت چسبندگی محلول به برگ‌های گیاه کمک می‌کنند.
  2. «سورفکتانت‌های آنیونی» (Anionic Surfactants): سورفکتانت‌های آنیونی میزان کف کردن محلول مغذی و قدرت انتشار آن را افزایش می‌دهند و به طور معمول با سورفکتانت‌های غیریونی مخلوط و استفاده می‌شوند.
  3. «مخلوط‌های نیتروژن-سورفکتانت» (Nitrogen-Surfactant Blends): این دسته که مخلوطی از کودهای نیتروژن‌دار و سورفکتانت‌ها هستند، باعث کاهش کشش سطحی و افزایش سطح جذب برگ گیاهان می‌شوند.
  4. « ارگانوسیلیکون‌ها» (Organosilicones): ارگانوسیلیکون‌ها دسته‌ای جدید از سورفکتانت‌ها هستند که سطح را مرطوب نگه می‌دارند و میزان جذب را افزایش می‌دهند.
  5. «مخلوط‌های روغن-سورفکتانت» (Oil-Surfactant Blends): این نوع باعث افزایش نفوذ از میان لایه کوتیکولی برگ‌ها می‌شوند.
تصویری از سم‌ پاشی یک کشاورز در زمین زراعی

استفاده از سورفکتانت برای دارورسانی

سورفکتانت‌ها در صنعت داروسازی نیز توجهات زیادی را به خود جلب کرده‌اند، زیرا با همکاری با افزودنی‌های دیگر می‌توانند باعث افزایش جذب داروهایی شوند که میزان انحلال‌پذیری پایینی دارند. این مولکول‌های آلی اثرات دیگری نیز دارند که در ادامه آن‌ها را ذکر می‌کنیم.

  • بالا بردن میزان نفوذپذیری دارو
  • افزایش احتمال رسیدن دارو به بافت هدف
  • افزایش پایداری دارو

در حقیقت کاربرد سورفکتانت‌ها در این زمینه بیشتر به قسمت ساخت حامل‌های داروها برمی‌گردد. به کمک نحوه آرایش مولکول‌های سورفکتانت در کنار یکدیگر می‌توان داروها را بسته‌بندی کرد و به بافت هدف رساند، به این شیوه می‌توان داروهای مختلفی را به نقاطی از بدن رساند که شاید در حالت عادی امیدی برای دسترسی به آن بخش‌ها وجود نداشته باشد.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس یاد گرفتیم که سورفکتانت چیست و انواع آن را شناختیم که شامل موارد زیر هستند.

  • سورفکتانت‌های غیریونی
  • سورفکتانت‌های یونی: سورفکتانت‌های آنیونی، کاتیونی، آمفوتر

سورفکتانت‌ها مولکول‌های آلی با قابلیت کاهش کشش سطحی موجود بین مایعات با مواد دیگر هستند. این ویژگی باعث شده است که از این مواد در بخش‌های زیادی از طبیعت و صنعت استفاده شود. یکی از مثال‌های طبیعی استفاده از قابلیت‌های سورفکتانت‌ها، ریه‌ها هستند. کیسه‌های هوایی ساختارهایی در ریه‌های هستند که محل تبادل گازهای تنفسی هستند، به همین دلیل حفظ ساختار و عملکرد آن‌ها در حیات جاندار بسیار ضروری است.

بدن با ساخت لیپیدها و پروتئین‌های منحصر به فردی سورفکتانت ریوی را می‌سازد که موجب تسهیل تبادل گازهای تنفسی می‌شود. کمبود این ماده در ریه‌ها می‌تواند باعث بروز «سندروم زجر تنفسی» شود که شیوع آن را در نوزادان نارسی می‌بینیم، زیرا بدن در در هفته‌های ۲۴ تا ۲۸ بارداری شروع به ساخت سورفکتانت مورد نیاز ریه‌ها می‌کند و تا هفته ۳۴ بارداری هنوز مقدار کافی از این ماده تولید نشده است که ریه نوزاد بتواند به راحتی در هوای آزاد نفس بکشد.

روش‌‌های مختلفی برای درمان و کمک به تنفس راحت‌تر در نوزادان وجود دارد، یکی از این روش‌ها تزریق سورفکتانت به ریه‌های آن‌ها است. با توجه به این میزان از اهمیت سورفکتانت ریوی، در این مطلب به طور کامل ساختار آن را بررسی کردیم تا به خوبی یاد بگیریم که دلیل ضرورت وجود سورفکتانت چیست. در نهایت نیز به طور مختصر به کاربرد سورفکتانت‌ها در صنعت کشاورزی پرداختیم که قادر به افزایش بهره‌وری سموم و کودهای کشاورزی هستند.

بر اساس رای ۱ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.
منابع:
NCBIFBNwikipediaThe Essential Chemical IndustryWileyNIH
دانلود PDF مقاله
نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *