BİYOBOZUNUR LİFLERİN ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKLERİ

Transkript

1 ÖZET XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu BİYOBOZUNUR LİFLERİN ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKLERİ Emel Alay 1, Kerim Duran 2,Ayşegül Körlü 2,Birkan Yurdakul 3 1Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bornova,İzmir,Türkiye 2 Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Tekstil Mühendisliği Bölümü, Bornova, İzmir, Türkiye 3 Sun Holding Ar-Ge Merkezi,Torbalı,İzmir,Türkiye emelly73@hotmail.com Fonksiyonel özellikleri geliştirilmiş tekstil ürünleri içersinde insan sağlığını koruması, kişisel hijyen ve konfor sağlaması açısından antibakteriyel ürünler önemli yer tutmaktadır Tekstil ürünlerinin yenilenebilir kaynaklardan üretilmesi, kullanım ömrünü tamamladıktan sonra doğada kolaylıkla parçalanabilmesi ürünlerin katma değerini arttıran önemli özelliklerdendir. Bu ürünler iş giysileri, hastane giysileri, askeri kıyafetler, ev tekstili, bebek giysileri, spor giysileri, iç çamaşırları, çoraplar gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu çalışma kapsamında polilaktikasit, kitosan, pamuk ve lyocel liflerinin değişik oranlarda karışımlarından elde edilen iplikler ile antibakteriyel, biyobozunur örgü kumaşlar geliştirilmektedir. Kumaşlar antibakteriyellik özellikleri açısından testlere tabi tutulmuş, optimum etkinin hangi karışım oranında sağlandığı tespit edilmiştir. Test sonuçlarına göre en önemli parametrelerin iplik karışımındaki kitosan ve lyocel lif oranı olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışma San-tez STZ nolu proje kapsamında yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Antibakteriyel, PLA Lifleri, Biobozunur lifler, Kitosan GİRİŞ Fonksiyonel giyim ve hijyen ürünleri kapsamında anti-bakteriyel özelliği geliştirilmiş, mikroorganizmalara ve oluşan pis kokulara karşı koruma sağlayan, toksik olmayan ve istenmeyen tepkimelere girmeyen malzeme kullanımı önemlidir. Ürünlerin emicilik, esneklik, yumuşaklık, nefes alabilirlik, yeterli mukavemet, estetik gibi özelliklere sahip olması beklenmektedir [1, 2]. Modern yaşam ve çalışma koşulları mikroorganizmaların hızlı üremesi için uygun ortamlar sunmaktadır. Mikroorganizmalar vücutta, havada, toprakta ve tüm yüzeylerde bulunmakta, uygun şartlar sağlandığında hızlıca üreyip çoğalmaktadırlar. Tekstil ürünleri mikroorganizmaların yaşaması ve çoğalması için gerekli olan sıcaklık, nem ve besin maddesi sağlayan ortamlar yarattıklarından, insan vücudunda enfeksiyona kadar ilerleyebilen alerjik etkiler, ürünün bozulması, leke, koku oluşumu ve mikroorganizmaların kalabalık ortamlarda yayılmasına kadar uzanan sonuçlar doğururlar [3]. Tekstil ürünlerinde meydana gelen istenmeyen koku ve görünümden dolayı patojen olmayan mikroorganizmaları kontrol altında tutmak gerekirken, insan sağlığına olan tehlikeli etkilerinden dolayı patojenik mikroorganizmaların çoğalmasının engellenmesi büyük bir önem taşımaktadır [3]. Patojenik durumları ve sebep oldukları rahatsızlıklar bakımından mikroorganizmalar tablo 1 de özetlenmistir. 151

2 Tablo 1. Patojenik ve patojen olmayan bazı mikroorganizmalar(4) Mikroorganizma Bacillus subtilis Escheria coli Klebsiella pnuemoniae Pseudomonas aeuroginosa Protcus vulgaris Staphylococcus epidermis Staphylococcus aureus Patojenlik Genel olarak patojen değildir Patojen Patojen Etkileri Gıdaların bozulması Gıdaların bozulması, bazen idrar enfeksiyonu Zatürree, idrar torbası enfeksiyonu Çeşitli enfeksiyonlar İltihaplanmalar Cerrahi yara enfeksiyonları Toksik şok, cerahat toplama, apse, fibrin pıhtılaşması, endocarditis Antimikrobiyal madde, bakteri, küf, maya, mantar vb. mikroorganizmaları öldüren, üremelerini engelleyen doğal, sentetik veya yarı sentetik bir madde olarak tanımlanmaktadır [9]. Mikroorganizmaları öldüren binlerce kimyasal madde bulunmaktadır. Bunlardan birçoğu, bitki ve hayvansal özler, arsenik, kurşun, kalay, cıva, gümüş gibi doğal maddelerdir. Ancak bunların çoğu uygulamada insan ve çevreye karşı toksik olabilirler. Bu nedenle tekstil endüstrisinde kullanılacak bir antibakteriyel madde, sadece mikroorganizmaları öldürmekle kalmamalı, aynı zamanda insan ve çevre bakımından güvenli olmalı, tekstil materyalinin diğer özelliklerini olumsuz yönde etkilememelidir [8]. Bu yöntemlerin dışında doğal olarak antibakteriyel etki sağladığı bildirilen liflerde mevcuttur. Bunlar arasında bambu, soya, alginat, kitosan lifleri sayılabilir. Pamuk gibi doğal elyaf, mikrobik üremelere sentetiklerden daha fazla maruz kalır, çünkü doğal elyafın hidrofilik gözenekli yapısı, suyu, oksijeni ve besin maddelerini tutarak bakteriyel büyüme için mükemmel bir ortam sağlamaktadır [9]. Günümüz koşullarında lif ihtiyacı giderek artmaktadır. Doğal liflerin üretim alanlarının sınırlı olması nedeniyle bu artan ihtiyacı karşılamaya yetecek düzeyde sektöre cevap vermesi mümkün olmadığından sentetik lif üretiminin çoğalması öngörülmektedir. Yalnız yeni üretim teknolojileri geliştirilerek doğal liflerin sağladığı özellikleri barındıran, çevreye zarar vermeyen, biolojik olarak parçalanabilen liflere olan ilgi gün geçtikçe artmaktadır. Bu bağlamda %100 yenilenebilir (mısır, şeker pancarı, buğday) kaynaklardan üretilen PLA (polilaktikasit) lifleri %100 biyo parçalanabilir özellikleri ile dikkat çekmektedir. PLA lifleri ile filament ve kesikli olarak iplik üretmek mümkündür. Kesikli liflerden üretilen kumaşların pamuk ile aynı tutumu sergilemeleri, düşük nem tutma ve yüksek nem iletme hızına sahip olmalarından dolayı yapısal olarak antibakteriyel olmamalarına rağmen mikrobiyal besin kaynağı olmama özelliklerinden dolayı antibakteriyel kumaş üretiminde etkin rol oynayacağı öngörülmektedir [6, 7]. 152

3 PLA, lineer yapıda %100 yenilenebilir kaynaklardan elde edilen alifatik termoplastik bir poliesterdir. PET ise PLA ile elde ediliş biçimleri bakımından benzer özellik göstermesine rağmen, aromatik polimer yapısı ve mineral kaynaklardan üretilmeleri nedeniyle farklı nihai karakterlere sahiptir. PLA laktik asidin polikondenzasyonu veya halka açılma polimerizasyonu olmak üzere iki şekilde elde edilmektedir. Bitkiler fotosentez yaparak su ve karbondioksiti nişastaya dönüştürürler. Nişastanın enzimatik hidrolizi ile fermente şeker elde edilir, şekerdeki karbon ve diğer elementlerin fermentasyonu ile laktik asit elde edilmektedir [7, 10]. Diğer selüloz esaslı sentetik lifler solvent çekme yöntemine göre çekilirken, PLA lifleri eriyikten lif çekme yöntemine göre elde edilmektedir. Böylece geniş özelliklerinin yanında hem finansal hem de çevresel maliyetlerin düşük olması, bu üretim mekanizması ile elde edilebilmesi ayrıca dikkat çekmektedir [6, 7]. Antibakteriyel koruma sağlayan en önemli polimerlerden biri de Kitin dir. Dünya da selülozdan sonra en yaygın bulunan biyopolimerdir. Kitin, yengeç, karides gibi su ürünlerinin kabuklarından elde edilmektedir. Kitinin deasetilasyonu sonucunda ise bir polisakkarid olan kitosan elde edilmektedir Kitosan, doğada bulunan kaynaklardan kolaylıkla üretilebilen bir biyopolimer olmasının yanı sıra,canlılara karşı toksik özelliğinin olmaması, biyolojik olarak parçalanabilmesi, biyouyumlu olması ve fiziksel ve kimyasal özellikleri ile diğer biyopolimerlere göre üstün özellikler gösterdiğinden tekstil endüstrisi ile birlikte bir çok diğer sektör tarafından ilgi çekmektedir [5]. Kitosan polikatyonik yapısından dolayı çeşitli bakteri ve mantarlara karşı antimikrobiyal aktivite göstermektedir. Bu nedenle tekstilde hijyen ürünlerinde geniş kullanım alanı bulabilmektedir. MATERYAL-METOD Projenin amacı, yukarıda bahsedilen tüm bilgiler ışığında Kitosan lifleri ve Polilaktikasit lifleri değişik kombinasyonlarda kullanılarak pamuk ve lyocel lifleri ile birlikte karıştırılarak antibakteriyel, biobozunur örgü kumaş geliştirilmesidir. Bu çalışma kapsamında, 30/1 süprem, gr/m2 konstruksiyonda kumaşlar üretilmiştir. 30/1 OE İplik için kullanılan lif özellikleri; PLA KİTOSAN PAMUK LYOCELL 1,3den 1,5inch 1,67dtex 38mm 1,8dtex 30mm 1,3dtex 38mm Öncelikle liflerden Quickspin makinasında fitiller üretilmiş, OE sistemde 30/1 iplik numarasında eğrilmiştir. Ardından Mesdanlab çorap örgü makinası kullanılarak 30/1 süprem 153

4 olarak kumaş yapıları elde edilmiştir. Oluşturulan farklı karışımlardaki kumaşlar antibakteriyellik testlerine tabi tutulmuştur. Tekstil yapılarının antibakteriyel aktivite derecesini kantitatif olarak tayin etmek için uygulanan AATCC100 Antibakteriyel Aktivite Tayini.(Kantitatif yöntem) ve AATCC147 Antibakteriyel Aktivite Tayini: Difüzyon agar yöntemi(yarı kantitatif yöntem) kullanılarak Staphylococcus Aureus ve Klebsiella Pneumoniae bakterilerine karşı antibakteriyel etkinlik değerlendirilmiştir. Gram negatif Klebsiella pneumoniae bakterisi insan sağlığı açısından çok önemli olan nazokomiyal enfeksiyonlar, üst solunum yolu enfeksiyonları, üriner sistem enfeksiyonları ve yara enfeksiyonları oluşmasında rol alan fırsatçı patojenlerdir. Gram pozitif Staphylococcus aureus bakterisi ise insanlarda birçok enfeksiyonlara neden olan bir bakteridir. Doğal olarak en fazla burun ve boğaz boşluğunda, insan ve hayvan dışkılarında, ciltte apseli yaralarda ve sivilcelerde yoğun olarak bulunurlar. Gıdalarda ve gıda işletmelerinde, elle gıda hazırlayanlarda, hastane personeli ve hastane ortamlarında da yaygın olarak bulunurlar. İlk olarak %100 pla, %100 pamuk, %100 kitosan, %100 lyocel iplikler referans oluşturması düşüncesiyle üretilmiştir. Bu liflerin diğer lifler ile karıştırıldıklarında etkilerini gözlemlemek için aşağıdaki karışımlar planlanmıştır. -%85pla-%15kitosan -%85pamuk-%15kitosan -%85lyocel-%15kitosan BULGULAR AATCC test standartına göre Staphylococcus Aureus ve Klebsiella Pneumoniae bakterilerine karşı antibakteriyel aktivite sonuçları aşağıda verilmiştir.(tablo 2) Tablo 2. AATCC Test Sonuçları Kumaş Staphylococcus Aureus Klebsiella Pneumoniae %100 Kitosan Etkili (+) Etkisiz(-) %100 PLA Etkisiz(-) Etkisiz(-) AATCC test standartına göre Staphylococcus Aureus ve Klebsiella Pneumoniae bakterilerine karşı antibakteriyel aktivite sonuçları aşağıda verilmiştir.(tablo 3) Tablo 3. AATCC Test Sonuçları Kumaş Staphylococcus Aureus(% azalma) %100 Kitosan 99,990 %15 Kitosan %85 PLA 98,600 %15 Kitosan %85 Lyocel 99,999 %15 Kitosan %85 Pamuk 96,

5 %100 Kitosan 30/1 süprem kumaş Staphylococcus Aureus bakterisine karşı antibakteriyel aktivite gösterirken, Klebsiella Pneumoniae bakterisine karşı antibakteriyel aktivite göstermemiştir.%100 PLA 30/1 süprem kumaş ise her iki bakteri üzerinde antibakteriyel aktivite sağlamamıştır. %100 Kitosan 30/1 süprem kumaş Staphylococcus Aureus bakterisinin üremesini %99,99 azaltmıştır.%85pla %15 Kitosan karışımında antibakteriyel azalma %98,6 olarak gerçekleşmiştir. PLA yerine Lyocel kullanıldığında ise bakteriyel azalmanın daha yüksek olarak %99,99 seviyesinde olduğu görülmüştür. Bu durumda %100 Kitosan ile elde edilen etkinin bu karışım oranında da sağlandığı tespit edilmiştir. Karışım oranı %15 Kitosan %85 Pamuk olduğunda ise bakteriyel azalma oranı %96,630 a düşmüştür. Bir gram pozitif bakteri olan Staphylococcus aureus, insanlarda birçok enfeksiyonlara neden olan bir bakteridir. Gıdalarda ve gıda işletmelerinde, elle gıda hazırlayanlarda, hastane personeli ve hastane ortamlarında da yaygın olarak bulunurlar. Tasarlanan kumaş yapılarının bu alanlarda kullanılan tekstil materyallerine alternatif oluşturabileceği ortaya konulmuştur. TARTIŞMA Elde edilen antibakteriyal test sonuçları incelendiğinde, test edilen tüm kalitelerin gösterdiği antibakteriyel etkinlik derecesinin %95 in üzerinde olduğu görülmüştür. Bu nedenle bundan sonra yapılacak tüm karışım kombinasyonlarında kitosan lifinin mutlaka kullanılması gerektiğine karar verilmiştir. Ayrıca performans ve maliyet açısından daha uygun kombinasyonu belirlemek için kitosan oranının düşürülerek çalışmalara devam edilmesi önerilmiştir. SONUÇ Sonuç olarak kitosan lifinin Staphylococcus Aureus bakterisine karşı antibakteriyel aktivite gösterdiği görülmüştür. Kitosan lifi ile karıştırılarak tasarlanan tüm karışım oranlarında bakteriyel azalmanın oranları çok yüksek olarak maksimum düzeyde gerçekleşmiştir. KAYNAKLAR [1] DATTILO, P. P.Jr., KING, M.W., CASSIL, N.L., LEUNG, J.C., Medical textiles: application of an absorbable barbed bi-directional surgical suture, Journal of Textile and Apparel, Technology and Management, 2002, 2(2), 1-5. [2] GAO, Y., CRANSTON, R., Recent advances in antimicrobial treatments of textiles, Textile Research Journal, 2008, 78(1), [3] SUPUREN,Gamze., KANAT Z.Evrim., ÇAY Ahmet, Prof.Dr.Işık TARAKÇIOĞLU, Antimikrobiyal Lifler, Tübitak Tekstil Araştırma Merkezi,Tekstil ve Konfeksiyon 2/2006 [4] ALTINOK, U.Burak., Prof.Dr.Fatma GOKTEPE, Tekstil Yüzeylerinin Antibakteriyel Özelliklerinin Araştırılması,Süleyman Demirel Üniversitesi Tekstil Mühendisliği Bölümü,Yüksek Lisans Tezi,Isparta 2008 [5] [6] AVINC Ozan.,,KHODDAMI Akbar.,Overview of poly(lactic acid)(pla)fibre.fibre Chemistry, 2010, Vol. 42, No

6 [7] DUGAN, Jeffrey S., Vice President, Research Novel Properties of PLA Fibers, Fiber Innovation Technology, Inc, [8] PALAMUTCU, Sema., KESKIN Reyhan., DEVRENT, Nalan., SENGUL, Mustafa., HASÇELİK Barış., Fonksiyonel Tekstiller II : Antimikrobiyal Tekstiller,Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Tekstil Mühendisliği Bölümü, Denizli,Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi, 2009, Cilt: 3, No: 3, (95-108) [9] Balcı H, Akıllı (Fonksiyonel) Tekstiller,Seçilmiş Kumaşlarda Antibakteriyel Apre ve Performans Özellikleri,Yüksek Lisans Tezi,Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006 [10] FARRINGTON, D.W., LUNT,J., DAVIES, S., BLACKBURN, R. S., Poly(lactic acid) fibers, Biodegradable and sustainable fibres,edited by Richard Blackburn, University of Leeds, UK. 156