Overflate og grenseflatekjemi (Biosurfaktanter)

Vårt arbeid ved overflate og grenseflatekjemilaboratoriet har lagt vekt på biologisk aktive amfifile molekyler som forekommer naturlig (Biosurfactants) og de like molekylene produsert biomimetisk. Termen surfaktant er en forkorting av ordene overflatemiddelreagenser. Surfaktanter yter ekstraordinære fordeler til mange industrier. De er involvert i uendelig antall forskjellige industriprosesser og fysikalskkjemiske fenomener : øking av mobilitet, øking av oppløselighet, smørning, fjerning av jord (utvasking), befuktning, gjenfukting, bløtgjøring, retardering av fargingshastighet, fiksering av fargestoffer, laging av emulsjoner, stabilisering av dispergeringer, koagulering av suspenderte faste stoffer, laging av skum, forhindrer skumdanning, skumbryting, osv. I tillegg har de et stort antall bioaktiviteter: Stimulerer bakteriell vekst, gif virkninger, immun stimulanse, svulstveksthemning, antibiotikum, ”cellelyse” (hemolyse), plante patogenitet, virkninger på vandring av menneskelig neutrofile celler, åndedrettvirkinger (anti- astma aktivitet), matfordøyelse, hemning av celleveggsyntese, ”fungicidale” egenskaper eller enzymstimulering, bio- reguleringsvirkninger, osv. Derfor spille de en rolle i mange prosesser i naturen.

Disse molekylene har et ubegrenset antall anvendelser som involverer all industri og hver aspekt av livet: oljeindustri, farmasøytiske produkter, testing av kondom kvalitet, hygiene og kosmetiske produkter, sement, øl og drikkevarer, tekstiler, maling, vaskemiddel og rengjøringsmidler, matprosessering, osv. Anvendelsene er avhengig av de anvendte egenskaper og mekanismen av virkningen. En overflateaktiv molekyl har tendens til å samles på overflaten eller grenseflaten og forårsaker forandring i overflate eller grenseflatespenning. Dette leder til mange forskjellig fenomen eller virkninger, eksempelvis: Emulsjonsdanning, øking av befuktingsegenskaper, skumdannelse, overflate modifisering, overflatesmøring, osv.

Måling av overflatespenning :

1. Klassisk metoder : Kontaktvinkel, vekt baserte målinger (ring og platemetoder).
2. Dynamiske metoder (boblemetode) og dråpe metoder.
3. On-line metoder : Dråpevolummetode (kapasitiv dråpe tensiometer (CDT), er basert på dråpevolum prinsippet
i kombinasjon med en kapasitiv signalomformer),
4. ”In Situ” kraft–vekt tensiometer, vannfylte porøs kopp – signalomformer.
5. Tensiografi (Fiber optisk illuminert dråpe) og (ultrasonisk tensiografi: ultrasonisk ”interferometry” på væske
dråper)

Miljøbestemte aspekter av overflatepenning
Overflatespenningen i naturen forandrer seg bestandig på grunn av enten surfaktant forurensning (husholdning eller industri) eller produksjon av naturlig forekommende surfaktanter.

I akvatisk eller marine miljø
Overflatespenningen er makroskopisk demonstrasjonen av de molekylære fenomenene på grenseoverflaten mellom to flytende faser. Surfaktanter kan forandre væskenes befuktingskarakteristikker slik at de forårsaker forandringen av overflatespenning og følgelig masseoverføring på væskenes grenseoverflate. Denne prosessen er av enorm betydning for studie av masseoverføringen (av forurensninger) i akvatiske og marine miljøer.

I jordarter
Retningen av vannstrømning i jord blir fastsatt av vanntrykket i jorden og dette i sin tur fastsetter transporten av kjemikalier i den vandige sonen. Disse prosesser er også avhengig av overflatespenning og dets forandringer forårsaket av enten surfaktant forurensning (husholdning eller industri) eller produksjon av naturlig forekommende surfaktanter.

Overflatespenning i naturen
Naturlig forekommende biosurfaktanter vil forårsake en konstant forandring i overflatespenning i miljøet og derfor destabiliserer de overvåkings parametrene: mobilitet, oppløselighet, masseoverføring, bioremedieringstid, nedbrytningshastighet og kvantitet – plasserings forhold.

Biosurfaktanter
Disse surfaktantene blir produsert naturlig av forskjellige organismer, mikroorganismer: Bakterier, alge, sopp, planter, dyreceller, nedbryting av organisk materie fra organismer (fett, protein, karbohydrater, osv)

Biomimetiske surfaktanter
Er molekyler som er like Biosurfaktanter. De blir produsert ved kjemisk eller enzymatisk syntese under kontrollerte laboratorieforhold, med sikte på produksjon av biosurfaktanter med spesifikke egenskaper.

Kjemisk identitet til Biosurfaktanter
Sukker baserte, peptider baserte, polymerer, fett syrer, osv.

Miljøbruk av tensiometri
1. ”In situ” forutsigelse av retningen til vannstrømning og kjemisk transport i vandige soner. For dette formålet blir jordvannets trykk målt over lengre strekning og tid.
2. Forurensninger blir målt kvantitativt ved bruk av pendant dråpe metoden, illuminert innenfra ved en optisk fibergenerator og mottaker. Prosedyren gir indirekte fingeravtrykksporing som genererer profiler avhengig av overflatespenningen, brytningsindeks, farge og andre parametere. Systemet blir brukt til å utvikle en ultra-sensitiv gasspåvisningsmetode der adsorpsjon av målgassen til dråpeoverflaten detekteres via forandringer i dråpen.
3. Forutsigelse eller estimering av forandringer av miljøbestemte parametere: Mobilitet, oppløselighet, masseoverføring, osv.
4. Overvåking av masseoverføring i akvatisk miljø ved bruk av ”in situ” kraft-vekt tensiometri, dråpe volummetode som tillater måling av den dynamiske overflatespenningen.
5. Kontroll av vannkvalitet ved hjelp av tensiometri (droplet volummetode) og tensiografi metoder (pendant dråpe illuminasjons metode).
6. Miljørisikoanalyse og miljøkonsekvens vurdering .

Prosjekter
Naturlig forekommende surfaktanter :
- Rhamnolipider fra pseudomonas sp., produksjon og fysikalskkjemiske egenskaper.
- Sepiculisporic syre fra Penicillium spiculisporum, fysikalskkjemiske egenskaper.
- Surfactin fra Bacillus subtilis, fysikalskkjemiske egenskaper.

Biomimetic surfaktanter:
- Amino syre baserte surfaktanter, produksjon og fysikalskkjemiske egenskaper.
- Sukker baserte surfaktanter produksjon og fysikalskkjemiske egenskaper.

Studier av bioaktivitet:
Virking på bakterier, blodlegemer, etc.

Kontaktperson: Mohamad Osman