Antimikrobiyal Kaplamalar Doç. Dr. İdris ÇERKEZ Lif ve Polimer Mühendisliği

Transkript

1 Antimikrobiyal Kaplamalar Doç. Dr. İdris ÇERKEZ Lif ve Polimer Mühendisliği Telefon:

2 İçerik o Antimikrobiyal Malzemeler on-halamin Yüzey Kaplamaları okimyasal Bağlanma Çapraz Bağlayıcılar okimyasal Bağlanma Reaktif Kopolimerler ofiziksel Bağlanma Dipol Etkileşimler ofiziksel Bağlanma Layer-by-Layer Kaplama olayer-by-layer Coating of N-halamines o İşbirliği Olanakları

3 Neden Antimikrobiyal? SARS 2003 A. INFLUENZA 2004 AH1N EBOLA 2014?????? 2015 Antimikrobiyal kaplamalar küresel salgınları minimize edebilirler!

4 Hastane Enfeksiyonları (Nozokomiyal Enf.) Hastane enfeksiyonları, hasta hastaneye başvurduğunda inkübasyon döneminde olmayan, daha sonra gelişen veya taburcu olduktan sonra ortaya çıkan enfeksiyonlardır Genellikle hasta hastaneye yattıktan saat sonra ve taburcu olduktan sonra 10 gün içinde gelişir Hastanede kalış süresini uzatır Ölüme sebebiyet verir Sağlık giderlerini artırır

5 Hastane Enfeksiyonları (HAIs) 1.7 milyon İnsan Amerika da 2002 yılında hastane enfeksiyonu kaptı Hastane Enfeksiyonları % 10 Hasta insan her yıl bu enfeksiyonlardan Amerika da ölmektedir Amerikada ki en yaygın 10 ölüm nedenlerinden biridir Dünyada hastane enfeksiyonlarından etkilenmektedir 30 billion $ Amerika da bu enfeksiyonların neden olduğu maliyettir

6 Hastane Enfeksiyonları Bulaşma Yolları Hastane enfeksiyonları, kan yoluyla, direk ya da indirek temas, hava yoluyla bulaşabilir Hastane enfeksiyonlarının %40 kadarı önlenebilir nedenlerden kaynaklanmaktadır

7 Antimikrobiyal Tekstiller Tekstil malzemeleri mikroorganizmaların büyümesi için oldukça elverişli ortamlardır Mikroorganizmalar tekstil yüzeyleri üzerinde aylarca yaşayabilirler. Mikroorganizmalar hem tekstil malzemelerine (mukavemet kaybı, koku, renk değişimi), hem de kullanıcıya zararlı etki yapmaktadır. Yapılan klinik bir çalışmada MRSA enfeksiyonlu hastalar ile ilgilenen hemşirelerin % 65 inin önlüklerinde MRSA patojeni olduğu bulunmuştur. Boryo, D. The Effect of Microbes on Textile Material: A Review on the Way-Out So Far, The International Journal Of Engineering And Science, 2319, 2013, pp

8 Antimikrobiyal Bileşikler Aktivite yöntemi Difüzyon Kontak Gümüş İyonları Triklosan Quats Kitosan N-halamin Ag + H 2 O ===> Ag +

9 N-halamin nedir? Halojenler N-halamin bileşikleri ile stabilize edilebilirler

10 N-halamin nedir? Nitrojen ile halojen atomu arasındaki bağ zayıf bir bağ olup mikroorganizmalar ile temas durumunda bu bağ kırılarak oksidatif halojen atomu mikroorganizmaya transfer edilir. Yüksek stabilite Non-toksik İritasyon oluşturmaz R' N- _ Cl + Inactivate Pathogens Geniş spektrumlu etki R Bleach Rejenere edilebilir

11 N-halamin Rejenerasyonu

12 N-halamin Yüzey Kaplamaları Yüzey kaplaması Kimyasal Bağlanma Fiziksel Bağlanma Çapraz bağlayıcı ajanlar Reaktif kopolimerler Dipol Kuvvetleri + H Baglari Elekrostatik etkileşim

13 İçerik o Antimikrobiyal Malzemeler on-halamin Yüzey Kaplamaları okimyasal Bağlanma Çapraz Bağlayıcılar okimyasal Bağlanma Reaktif Kopolimerler ofiziksel Bağlanma Dipol Etkileşimler ofiziksel Bağlanma Layer-by-Layer Kaplama olayer-by-layer Coating of N-halamines o İşbirliği Olanakları

14 1. BTCA yoluyla tekstil pamuk üzerine kaplama 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid (BTCA) Çapraz bağlayıcı (Tekstil buruşmazlık işlemi) 2-amino-2-methly-1-propanol (AMP) N-halamin prekörsürü Lateks boya dispersiyon ajanı BTCA ve AMP ile hem antimikrobiyal hem de buruşmaz pamuk kumaşların aynı anda elde edilebilir mi? Çapraz bağlayıcı miktarının kaplama haslıkları üzerine etkisi nedir?

15 Kumaş Kaplaması: Emdir-Kurut Pamuk Kumaş Kürleme Yıkama Klorlama Kurutma 165 C 0.5 wt % % 10 luk 45 C, 1 detergent saat Çamaşır Suyunda bekletme 1 saat BTCA+AMP sulu çözeltisi Titrasyon Oksidatif klor oranı analitik titrasyon yoluyla tayin edilmiştir

16 Pamuklu kumaş üzerine kaplama Antimikrobiyal etki var Antimikrobiyal etki yok Cerkez et al, Multifunctional Cotton Fabric: Antimicrobial and Durable Press, Journal of Applied Polymer Science, 24 (5), 2012, pp

17 Characterization Cerkez et al, Multifunctional Cotton Fabric: Antimicrobial and Durable Press, Journal of Applied Polymer Science, 24 (5), 2012, pp

18 Yıkama Haslıkları ( Cl + % tayini) o o o Makine Yıkama Sayısı Düşük Çapraz Bağlanma 5 wt % Coated (1.5 % AMP+3.5 % BTCA) 7.5 wt % Coated (1.5 % AMP+6 % BTCA) Chlorinated Cl + % Rechlorinated Cl + % Chlorinated Cl + % Rechlorinated Cl + % Artan BTCA konsatrasyuonu yüzey üzerimdeki çapraz bağlanmayı artırmıştır Artan çapraz bağlanma yıkama haslıklarını artırmıştır 50 yıkama sonrası kumaş hala antimikrobiyal etkiye sahiptir Yüksek Çapraz Bağlanma Cerkez et al, Multifunctional Cotton Fabric: Antimicrobial and Durable Press, Journal of Applied Polymer Science, 24 (5), 2012, pp

19 Antimikrobiyal Etki E. coli O157:H7 (6.72 log) S. aureus (6.25 log) Contact time (min) % Log Reduction % Log Reduction Control Chlorinated Cl + % o 5 dk içerisinde % 100 bakteri inaktivasyonu gerçekleştirilmiştir

20 Kumaş Mukavemeti o o Çapraz bağlanma ve depolimerizasyon sebebiyle bir miktar mukavemet kaybı olmuştut Diğer taraftan çözeltiye AMP eklentisi mukavemeti artırmıştır Cerkez et al, Multifunctional Cotton Fabric: Antimicrobial and Durable Press, Journal of Applied Polymer Science, 24 (5), 2012, pp

21 Wrinkle Recovery Angle (WRA) o Bütün kumaşlar hem buruşmaz hem de antimikrobiyal etki ile multifonksiyonel özellik göstermiştir

22 İçerik o Antimikrobiyal Malzemeler on-halamin Yüzey Kaplamaları okimyasal Bağlanma Çapraz Bağlayıcılar okimyasal Bağlanma Reaktif Kopolimerler ofiziksel Bağlanma Dipol Etkileşimler ofiziksel Bağlanma Layer-by-Layer Kaplama olayer-by-layer Coating of N-halamines o İşbirliği Olanakları

23 Reaktif Kopolimer Sentezi

24 Yıkama Haslıkları Yıkama Sayısı Silan Kopolimeri (Cl + % miktarı) X:Klorlanmış Y:Tekrar Klorlanmış Epoksit Kopolimeri (Cl + % miktarı) X Y X Y o o Epoksit kopolimeri Silan kopolimerine göre daha yüksek klor haslığı göstermiştir Her iki kaplama da oldukça yüksek haslık göstermiştir Cerkez et al., N-halamine Copolymers for Biocidal Coatings, Reactive and Functional Polymers, 72 (10), 2012, pp

25 Antibakteriyel Etki Numune Zaman (dk) Test 1 a Bakteri İnaktivasyon Oranı (log) Numune Zaman (dk) Test 2 b Bakteri İnaktivas. Oranı (log) E.Coli S. aureus E.Coli S. aureus Silan Silan Epoksit Epoksit Silan Epoksit Cl + % Cl 0.25 % Silan Epoksit Cl + % Cl 0.36 % Cerkez et al., N-halamine Copolymers for Biocidal Coatings, Reactive and Functional Polymers, 72 (10), 2012, pp

26 İçerik o Antimikrobiyal Malzemeler on-halamin Yüzey Kaplamaları okimyasal Bağlanma Çapraz Bağlayıcılar okimyasal Bağlanma Reaktif Kopolimerler ofiziksel Bağlanma Dipol-dipol etkileşimler, H bağları ofiziksel Bağlanma Layer-by-Layer Kaplama o İşbirliği Olanakları

27 N-halamin Homopolimerleri 3-chloro-2- hydroxypropylmethacrylate

28 PET Kumaş Üzerine Kaplama Hydantoin methacrylate PET Cerkez et al. Antimicrobial coatings for polyester and polyester/cotton blends, Progress in Organic Coatings, 75 (7-8), 2013,

29 Kalan Klor Oranı (%) Yıkama Haslıkları No Bleach 1.5 wt. % Bleach Makine yıkama sayısı Yıkama makinasına çamaşır suyu ilavesi kaplama stabilitesini büyük oranda artırmıştır Cerkez et al. Antimicrobial coatings for polyester and polyester/cotton blends, Progress in Organic Coatings, 75 (7-8), 2013,

30 Antibakteriyel Etkinlik Test-1 (3 wt%) Samples Contact time (min) Bacterial Reduction (%) S. aureus a E. coli O157:H7 b Unchlorinated Chlorinated Cl + %= 0.18 a The inoculum concentrations were 6.45 logs; b The inoculum concentrations were 6.44 logs Samples Contact Time (min) Test-2 (5 wt%) Bacterial Reduction (%) S. aureus a E. coli O157:H7 b Unchlorinated Chlorinated Cl + %=

31 İçerik o Antimikrobiyal Malzemeler on-halamin Yüzey Kaplamaları okimyasal Bağlanma Çapraz Bağlayıcılar okimyasal Bağlanma Reaktif Kopolimerler ofiziksel Bağlanma Dipol-dipol etkileşimler, H bağları ofiziksel Bağlanma Layer-by-Layer Kaplama o İşbirliği Olanakları

32 Katman-katman biriktirme yöntemi (Layer-by-layer coating assembly LbL) Polar yüzeylerin sırasıyla pozitif ve negatif yüklü seyreltik polimer çözeltileri içerisine bekletilmesi, durulanması ve kurutulması işlemiyle ince film yüzeylerin elde edilmesidir. Her bir anyonik ve katyonik katman ikilisine bilayer adı verilir

33 Polielektrolit Sentezi

34 LbL Coating on Cotton Rinsing & Drying 0.2 wt% Polycation in H 2 O Pamuk Kumaş 0.2 wt% Polyanion in H 2 O Rinsing & Drying

35 FTIR Characterization Uncoated Cotton 10 BL 30 BL 50 BL 50 BL-Cl 1722 cm -1 polimerlerin karbonil grubuna ait ekstra bir band gözlemlenmiştir. Bu bandın yoğunluğu artan katman sayısı ile artış göstermiştir Cerkez et al., N-Halamine Biocidal Coatings via a Layer-by-Layer Assembly Technique, Langmuir, 27(7), 2011, pp

36 Her bir katman 2 nm kalınlığındadır Cl + miktarı katman sayısı ile doğru orantılı olarak artmıştır

37 Yıkama Haslıkları Yıkama Sayısı Klorlanmış Kumaş (Cl + %) Yıkama sonrası tekrar klorlamış (Cl + %) Kovalent bağlanma olmamasına rağmen ince film katmanları arasındaki elektrostatik kuvvetler 50 yıkama sonunda bile antimikrobiyal etki gösterecek yeterli klor oranı göstermişlerdir. Cerkez et al., N-Halamine Biocidal Coatings via a Layer-by-Layer Assembly Technique, Langmuir, 27(7), 2011, pp

38 Antibakteriyel Etki Bacterial Reduction Sample Control Unchlorinated Chlorinated 0.21 wt Cl + % (15 BL) Contact Time (min) Log Reduction S. aureus (6.79 Log) % Reduction E. coli O157:H7 (7.15 Log) Log Reduction % Reduction Klorlanmış kumaşlar hem S. Aureus ü hem de E. coli O157:H7 ı 15 dakika temas süresinde tamamen inaktif hale getirmiştir Cerkez et al., N-Halamine Biocidal Coatings via a Layer-by-Layer Assembly Technique, Langmuir, 27(7), 2011, pp

39 İçerik o Antimikrobiyal Malzemeler on-halamin Yüzey Kaplamaları okimyasal Bağlanma Çapraz Bağlayıcılar okimyasal Bağlanma Reaktif Kopolimerler ofiziksel Bağlanma Dipol-dipol etkileşimler, H bağları ofiziksel Bağlanma Layer-by-Layer Kaplama o İşbirliği Olanakları

40 İşbirliği Olasılıkları + Diğer Çalışma Alanları Antimikrobiyal Uygulamalar Gıda ambalajı - Plastikler İnorganik yüzeylerin modifikasyonu Hidrojeller Ağır metallerin uzaklaştırılması Isıl Yalıtım Malzemeleri Aerojeller Faz değiştiren malzemeler - mikrokapsülasyon Lif esaslı yalıtım malzemeleri Kompozit Malzemeler

41 Teşekkürler