Etude physicochimique des interactions entre tensioactifs non ioniques et ammonium quaternaires bicaténaires : conséquences sur l’activité biocide

par Gaétan Rauwel

Thèse de doctorat en Chimie organique

Sous la direction de Véronique Nardello-Rataj et de Jean-Marie Aubry.


  • Résumé

    L'étape de pré-désinfection, traitement préalable à la stérilisation des dispositifs médicaux (DM) en établissement de santé, requiert l'utilisation de produits combinant à la fois des propriétés de nettoyage et de désinfection. L'actif antimicrobien utilisé majoritairement dans les nettoyants pré-désinfectants est le chlorure de didécyldiméthylammonium ([DiC10][Cl]), ammonium quaternaire bicaténaire. Il est reconnu particulièrement efficace vis-à-vis des microorganismes et notamment des levures, telle que Candida albicans. Un postulat en chimie de formulation établit qu'un mélange archétype composé du [DiC10][Cl] et d'un tensioactif non ionique de type alcool gras polyéthoxylé (CiEj), suffit à atteindre la double revendication de nettoyage et désinfection. Cependant, nous avons récemment identifié une perte significative de l'activité levuricide (Candida albicans) du [DiC10][Cl] en présence de certains types de CiEj, en particulier les C12E8. Cette perte d'activité est rédhibitoire au traitement des DM. Puisque le mécanisme biocide n'est pas clairement établi pour les sels d'ammonium quaternaires bicaténaires, en particulier vis-à-vis des levures, nous nous sommes référés dans un premier temps à une étude détaillée des relations structure-activité. Nous avons ainsi étudié l'influence de la longueur de la chaîne alkyle des ammonium quaternaires bicaténaires et de la nature du contre-ion. L'utilisation de modèles mathématiques nous a permis d'établir une relation parabolique entre l'activité biocide du [DiC10][Cl] et son logP. Dans un second temps, nous nous sommes concentrés sur les systèmes fondés sur les mélanges [DiC10][Cl] et alkyl-éther de polyoxyéthylène, CiEj (i = 10, 12, j = 4, 6, 8), pour divers rapports [DiC10][Cl]/CiEj. Nous avons étudié les propriétés d'auto-agrégation et l'activité biocide sur Candida albicans des mélanges. La combinaison de différentes techniques expérimentales (tensiométrie, conductimétrie et électrode spécifique à ammonium quaternaires) et des calculs théoriques nous ont conduits à rationaliser les processus de comicellisation. Nous avons montré, pour la première fois, comment une meilleure connaissance du comportement des mélanges permet de comprendre, voire, de prédire son activité biocide. Nous avons démontré que la forme active du [DiC10][Cl] était la forme unimère ([DiC10][Cl]libre ) et que la quantité de [DiC10][Cl]libre pouvait être optimisée par un ajustement de la structure chimique du CiEj (C10E8 versus C12E8).Convaincus de l'intérêt en éco-conception des tensioactifs d'origine végétale, avec notamment les alkypolyglucosides (APG), nous avons enfin cherché à remplacer tout ou partie des alcools gras polyéthoxylés. Soucieux du maintien de l'activité biocide du [DiC10][Cl], nous avons caractérisé sur les plans physicochimique et microbiologique les mélanges binaires [DiC10][Cl]/APG puis ternaires [DiC10][Cl]/APG/CiEj. Ce dernier cas nous a permis d’envisager de conjuguer efficacité biocide, détergence accrue et bénéfice pour l’environnement.

  • Titre traduit

    Physicochemical study of interaction between nonionic surfactants and quaternary ammonium stranded : consequences biocidal activity


  • Résumé

    The pre-disinfection treatment prior to the sterilization of medical devices (MD) in health care institutions, requires the use of combining both the properties of cleaning and disinfection. The active antimicrobial used mostly in pre-disinfectant cleaners is didecyldimethyl ammonium chloride ([DiC10] [Cl]), quaternary ammonium double-stranded. He is known particularly effective vis-à-vis micro-organisms, including yeasts such as Candida albicans. An assumption in chemistry formulation sets a mixture composed of the archetypal [DiC10] [Cl] and a nonionic polyethoxylated fatty alcohol type (CiEj), is sufficient to meet the dual demands of cleaning and disinfection. However, we have recently identified a significant loss of activity yeasticidal (Candida albicans) of [DiC10] [Cl] in the presence of certain types of CiEj, especially C12E8. This loss of activity is unacceptable to the treatment of DM. Since the mechanism is unclear biocide for double-stranded quaternary ammonium salts, particularly with respect to the yeast, we initially referred to a detailed study of structure-activity relationships. We have studied the influence of the length of the alkyl chain of quaternary ammonium and double-stranded nature of the ion-cons. The use of mathematical models has enabled us to establish a parabolic relationship between the biocidal activity of [DiC10] [Cl] and logP. In a second step, we focused on systems based on mixtures [DiC10] [Cl] and alkyl polyoxyethylene ether, CiEj (i = 10, 12, j = 4, 6, 8), various reports [ DiC10] [Cl] / CiEj. We studied the properties of self-aggregation and biocidal activity of Candida albicans mixtures. The combination of different experimental techniques (tensiometry, conductivity and specific quaternary ammonium electrode) and theoretical calculations led us to streamline the comicellisation. We have shown for the first time, how a better understanding of the behavior of mixtures to understand, or even to predict its biocidal activity. We have shown that the active form of [DiC10] [Cl] was the form unimère ([DiC10] [Cl] free) and the amount of [DiC10] [Cl] free could be optimized by adjusting the chemical structure of CiEj (C10E8 C12E8 versus). Convinced of the interest in eco-design of surfactants of vegetable origin, including the alkypolyglucosides (APG), we finally sought to replace all or part of polyethoxylated fatty alcohols. Anxious to maintain the biocidal activity of [DiC10] [Cl], we characterized the physicochemical and microbiological plans binary mixtures [DiC10] [Cl] / APG and ternary [DiC10] [Cl] / APG / CiEj. The latter case allowed us to consider combining biocidal efficacy, detergents and increased environmental benefit.



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