تریتون چیست

تریتون X-100 یک سورفکتانت غیریونی بسیار پرکاربرد است که نقش حیاتی در بسیاری از زمینه‌های علمی و صنعتی ایفا می‌کند. این ماده به دلیل ساختار شیمیایی منحصربه‌فرد خود که شامل یک بخش آب‌دوست (هیدروفیل) و یک بخش آب‌گریز (هیدروفوب) است، می‌تواند در محیط‌های آبی و غیرآبی به خوبی عمل کند. از زیست‌شناسی مولکولی گرفته تا صنایع دارویی، شیمی تجزیه، فناوری‌های تمیزکننده و حتی تولید واکسن‌ها، تریتون X-100 به عنوان یک ابزار کلیدی برای لیز سلولی، غیرفعال‌سازی ویروس‌ها و دستکاری غشاء شناخته می‌شود. در ادامه، نگاهی جامع به ساختار، خواص، روش‌های استفاده، مزایا، معایب، کاربردها و جایگزین‌های این سورفکتانت خواهیم داشت.

ساختار و خواص فیزیکی

Triton X-100 (با فرمول شیمیایی C₁₄H₂₂O(C₂H₄O)ₙ) یک سورفکتانت غیریونی است که از یک زنجیره‌ی آب‌دوست پلی‌اتیلن اکسید (به‌طور متوسط شامل ۹.۵ واحد اتیلن اکسید) و یک بخش آب‌گریز آروماتیک هیدروکربنی تشکیل شده است. بخش آب‌گریز آن، یک گروه 4-(1,1,3,3-تترامتیل‌بوتیل)-فنیل است.

Triton X-100 از نظر ساختار بسیار به ترکیب IGEPAL CA-630 شباهت دارد، اما تفاوت اصلی آن‌ها در کوتاه‌تر بودن زنجیره‌های اتیلن اکسید IGEPAL CA-630 است. به همین دلیل، Triton X-100 اندکی آب‌دوست‌تر از IGEPAL CA-630 محسوب می‌شود و این تفاوت باعث می‌شود که این دو در بسیاری از کاربردها قابل جایگزینی عملکردی با یکدیگر نباشند. 

Triton X-100 در ابتدا نام تجاری ثبت‌شده‌ی شرکت Rohm and Haas Co. بود. این شرکت بعدها توسط Union Carbide خریداری شد و با تملک Union Carbide توسط شرکت Dow Chemical Company، مالکیت این ترکیب نیز به داو منتقل شد. در سال ۲۰۰۹، Dow همچنین شرکت Rohm & Haas Co. را مستقیماً خریداری کرد.

Triton X-100 خالص، مایعی شفاف و نسبتاً چسبناک است (البته کمتر از گلیسرول خالص). ویسکوزیته‌ی آن در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد حدود ۲۷۰ سنتی‌پواز است و با افزایش دما، کاهش می‌یابد؛ به‌طوری‌که در ۵۰ درجه به حدود ۸۰ سنتی‌پواز می‌رسد.

این ترکیب در دمای ۲۵ درجه در حلال‌هایی مانند آب، تولوئن، زایلن، تری‌کلرواتیلن، اتیلن گلایکول، دی‌اتیل اتر، اتانول، ایزوپروپیل الکل و 1,2-دی‌کلرواتان کاملاً حل می‌شود. با این حال، در کروزن، اسپریت معدنی و نفتا نامحلول است، مگر اینکه عامل جفت‌کننده‌ای مانند اسید اولئیک افزوده شود.

کاربردها

Triton X-100 یکی از دترجنت‌های پرکاربرد در آزمایشگاه‌هاست.  این ماده به‌طور گسترده برای لیز سلول‌ها جهت استخراج پروتئین‌ها یا اندامک‌ها و نیز برای نفوذپذیر کردن غشاهای سلول‌های زنده به کار می‌رود.

از جمله کاربردهای متنوع Triton X-100 می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• غیرفعالسازی ویروس‌های پوشش‌دار لیپیدی مانند HIV، HBV و HCV در فرایندهای تولید داروهای بیولوژیکی

• کاربردهای صنعتی (مثلاً در آبکاری فلزات)

• استفاده به عنوان ماده مؤثر در واکسن‌های آنفلوآنزا مثل Fluarix، Flublok و Fluzone

• نفوذپذیر کردن غشای سلول‌های یوکاریوتی تثبیت‌نشده یا کمی تثبیت‌شده 

• حل‌سازی پروتئین‌های غشایی به همراه دترجنت‌های زویتریونی مانند CHAPS

• جزء فعال در بافرهای لیز قلیایی (معمولاً ۵٪) برای استخراج DNA

• کاهش کشش سطحی در محلول‌های آبی طی فرآیندهای ایمنوشناسایی (ELISA)

• پخش‌سازی مواد کربنی در ترکیبات نرم

• مهار گسترش کلنی قارچ Aspergillus nidulans در مطالعات میکروبیولوژی

• دسلولار کردن بافت‌های حیوانی

• حذف SDS از ژل‌های SDS-PAGE پیش از بازسازی پروتئین‌ها

• تخریب لایه‌های تک‌سلولی در تست‌های TEER به‌عنوان کنترل مثبت

• نقش به‌عنوان کاتالیست میسلی

• کاهش کشش سطحی در فرایند اچ (etching)، مخصوصاً در زیرتراشی ویژگی‌های میکرونی در MEMS

• یکی از ترکیبات اصلی در محلول Photo-Flo برای جلوگیری از ایجاد رسوب آب روی فیلم‌های عکاسی

همچنین در صنایع تمیزکننده، Triton X-100 در طیف وسیعی از محصولات، از پاک‌کننده‌های صنعتی سنگین گرفته تا دترجنت‌های ملایم خانگی کاربرد دارد. یکی از استفاده‌های رایج خانگی آن در تمیز کردن صفحات وینیل با محلولی از آب مقطر و ایزوپروپیل الکل است. 

مقررات در اتحادیه اروپا

در دسامبر ۲۰۱۲، آژانس مواد شیمیایی اروپا (ECHA) ترکیب "4-(1,1,3,3-تترامتیل‌بوتیل)فنول، اتوکسیله‌شده" – که شامل Triton X-100 نیز می‌شود – را در فهرست مواد با نگرانی بسیار بالا (SVHC) مطابق با مقررات REACH قرار داد. 

یکی از محصولات تجزیه‌ی Triton X-100، دارای خاصیت سمیت زیست‌محیطی و فعالیت شبه‌هورمونی استروژنمیمتیک است که می‌تواند به حیات وحش آسیب برساند.

در نتیجه، ECHA این ترکیب را به فهرست مجوزدهی (Annex XIV) افزود  و اعلام کرد که استفاده از آن باید تا تاریخ ۴ ژانویه ۲۰۲۱ متوقف شود. این الزام شامل تولیدکنندگان اروپایی، واردکنندگان، مصرف‌کنندگان نهایی و حتی صادرکنندگان غیراورپایی به اتحادیه اروپا می‌شود.

جایگزین‌های Triton X-100 برای غیرفعالسازی ویروس

با ممنوعیت استفاده از Triton X-100 در اتحادیه اروپا، شرکت‌های دارویی و گروه‌های زیست‌فرایندی نیازمند یافتن دترجنت‌های جایگزینی شدند که هم کارآمد و هم سازگار با محیط زیست باشند.

یک جایگزین مناسب باید:

• دارای ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی مشابه Triton X-100 باشد

• در محیط آبی محلول و قابل حذف باشد

• زیست‌سازگار بوده و به ترکیبات سمی تجزیه نشود

• در عین حال، نیاز به تغییرات عمده در فرایند تولید دارو نداشته باشد

در یک مطالعه‌ی جدید، دو جایگزین معرفی شدند:

• Triton X-100 reduced

• Nereid (نام یکی از حوریان دریایی در اساطیر یونان)

Nereid با اینکه از خانواده‌ی Triton X-100 محسوب می‌شود، اما ساختارش به‌گونه‌ای است که به ترکیبات فنولی تجزیه نمی‌شود، در نتیجه از سمیت زیست‌محیطی کمتری برخوردار است.

در آزمایش‌های انجام‌شده برای ارزیابی توانایی غیرفعالسازی ویروس‌ها:

• در دمای اتاق (که معمولاً در فرایندهای زیستی اعمال می‌شود)، هر دو جایگزین عملکردی مشابه Triton X-100 داشتند.

• در شرایط دمای پایین‌تر، Nereid و Triton X-100 نسبت به Triton X-100 reduced عملکرد موثرتری از خود نشان دادند.

۲. نحوه استفاده و آماده‌سازی محلول تریتون X-100

برای استفاده از تریتون X-100، معمولاً یک محلول ۱۰٪ (v/v) از آن تهیه می‌شود که به عنوان محلول استوک (محلول مادر) در یخچال نگهداری می‌گردد. سپس، برای رسیدن به غلظت نهایی ۰.۱٪ تا ۱٪، این محلول استوک با بافرهایی مانند TBS (بافر تریس-نمکی) یا PBS (بافر فسفات-نمکی) رقیق می‌شود.

۳. کاربردهای تریتون X-100

تریتون X-100 به دلیل خواص منحصر به فرد خود در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد:

• ۳.۱. لیز سلولی و استخراج پروتئین‌ها: این ماده با تخریب ملایم غشای سلولی، امکان استخراج پروتئین‌ها را بدون دناتوره کردن آن‌ها فراهم می‌کند.

  • مثال: استخراج پروتئین‌های غشایی از سلول‌های HEK293 با استفاده از ۰.۵٪ تریتون X-100 در بافر Tris-HCl.

• ۳.۲. نفوذپذیر کردن غشای سلول‌های زنده: برای ورود نشانگرهای فلورسنت یا آنتی‌بادی‌ها به درون سلول‌ها، غشای سلولی باید نیمه‌نفوذپذیر شود.

  • مثال: استفاده از ۰.۱٪ تریتون X-100 در PBS برای نفوذپذیر کردن سلول‌های ثابت‌شده برای ایمونوفلورسانس.

• ۳.۳. حذف SDS از ژل‌های SDS-PAGE: این کاربرد به منظور بازسازی ساختار طبیعی پروتئین‌ها پس از الکتروفورز است.

  • مثال: انکوبه کردن ژل در محلول ۰.۵٪ تریتون X-100 در بافر تریس به مدت ۱ ساعت.

• ۳.۴. غیرفعال‌سازی ویروس‌های پوشش‌دار: ویروس‌هایی که دارای پوشش لیپیدی هستند، با تریتون X-100 از بین می‌روند.

  • مثال: تیمار محلول پلاسمایی آلوده به HIV با ۱٪ تریتون X-100 در دمای 25∘C به مدت ۴ ساعت.

• ۳.۵. استخراج DNA و RNA: این ماده در ترکیب با بافر قلیایی برای لیز باکتری‌ها و استخراج اسیدهای نوکلئیک به کار می‌رود.

  • مثال: استفاده از محلول ۵٪ تریتون X-100 در بافر NaOH برای استخراج DNA پلاسمیدی از باکتری E. coli.

• ۳.۶. کاربرد در واکسن‌سازی: تریتون X-100 به عنوان عامل غیرفعال‌سازی ویروس در تولید واکسن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • مثال: استفاده از تریتون X-100 در واکسن Fluzone برای نابودی ویروس آنفلوآنزای H1N1.

• ۳.۷. میکروبیولوژی قارچ‌ها: برای کنترل رشد بیش از حد قارچ‌ها در پلیت‌های کشت.

  • مثال: افزودن ۰.۰۱٪ تریتون X-100 به محیط PDA برای کنترل گسترش کلنی قارچ Aspergillus nidulans.

• ۳.۸. کاتالیزگر میسلی: این سورفکتانت می‌تواند حلالیت واکنش‌دهنده‌ها را در واکنش‌های آلی افزایش دهد.

  • مثال: افزایش سرعت واکنش نوکلئوفیلیک بر ترکیبات آلیفاتیک در محیط آبی با حضور ۱٪ تریتون X-100.

• ۳.۹. کاربرد در MEMS (سیستم‌های میکروالکترومکانیکی): در لیتوگرافی و زیرتراشی میکرونی.

  • مثال: استفاده از تریتون X-100 برای کاهش کشش سطحی در محلول اچ برای ایجاد الگوهای دقیق روی سیلیکون.

• ۳.۱۰. محلول‌های تمیزکننده خانگی: برای پاک‌سازی سطح صفحات وینیل.

  • مثال: تهیه محلول تمیزکننده شامل ۵۰٪ آب مقطر + ۴۵٪ ایزوپروپانول + ۵٪ تریتون X-100.

۴. مزایای تریتون X-100

• توانایی لیز بدون دناتوره کردن پروتئین‌ها: این ویژگی آن را برای حفظ عملکرد بیولوژیکی پروتئین‌ها ایده‌آل می‌کند.

• پایداری بالا در pH متنوع: امکان استفاده در طیف وسیعی از شرایط آزمایشگاهی را فراهم می‌آورد.

• کم‌سم‌تر از سورفکتانت‌های یونی: در مقایسه با سورفکتانت‌های قوی‌تر مانند SDS، سمیت کمتری دارد.

• مؤثر در غلظت‌های کم: به دلیل کارایی بالا، مقدار کمی از آن برای رسیدن به اثر مطلوب کافی است.

• غیرخورنده و غیرفرار: استفاده و نگهداری آن را ایمن‌تر می‌سازد.

۵. معایب و نگرانی‌های زیست‌محیطی

علیرغم مزایای فراوان، تریتون X-100 دارای معایب و نگرانی‌های زیست‌محیطی جدی نیز هست:

• تولید محصولات تجزیه‌ی شبه‌هورمونی: محصولات تجزیه‌ی آن (مانند ۴-نونیل‌فنول) دارای خاصیت شبه‌هورمونی (اختلال‌گر غدد درون‌ریز) هستند.

• طبقه‌بندی به عنوان ماده بسیار خطرناک: در سال ۲۰۱۲، توسط ECHA (آژانس مواد شیمیایی اروپا) در فهرست مواد بسیار نگران‌کننده (SVHC) قرار گرفت.

• محدودیت‌های قانونی در اتحادیه اروپا: استفاده از آن در اتحادیه اروپا از سال ۲۰۲۱، به جز با مجوزهای خاص، ممنوع شده است.

منابع:

1-https://en.wikipedia.org/wiki/Triton_X-100

2-https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0927775718309579