SELÜLOZ ASETAT MEMBRAN BAZLI YARA BANDAJI HAZIRLANMASI VE GÜMÜŞ İLAVESİ İLE ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİK KAZANDIRILMASI

Transkript

1 SELÜLOZ ASETAT MEMBRAN BAZLI YARA BANDAJI HAZIRLANMASI VE GÜMÜŞ İLAVESİ İLE ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİK KAZANDIRILMASI Filiz YAŞAR MAHLIÇLI a Sacide ALSOY ALTINKAYA a* a İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Bölümü, İzmir, 3543 * sacidealsoy@iyte.edu.tr ÖZET Polimerik membranlar, birçok biyomedikal uygulamada olduğu gibi yara bandajı uygulamalarında da son yıllarda oldukça önem kazanmıştır. Asimetrik polimerik membranlar, yara bandajından beklenen birçok özelliği karşılamakla birlikte, antibakteriyel özelliklerinin iyileştirilmesi konusundaki araştırmalar sürmektedir. Bu projenin amacı, biyouyumluluğu bilinen selüloz asetat membranının yara bandajı uygulamalarında kullanılmak üzere hazırlanması ve harmanlama yöntemi ile gümüş yüklenerek antibakteriyel özellik kazandırılmasıdır. Membranlar kuru döküm faz değişim yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır ve yapısal özellikleri döküm çözeltisinin kompozisyonunu ayarlamak suretiyle değiştirilmiştir. Gümüş yüklenmiş selüloz asetat membranlarının antibakteriyel ve transport özellikleri incelenmiştir. GİRİŞ Anahtar Kelimeler: Yara bandajı, selüloz asetat membran, gümüş, antibakteriyel Literatürde mevcut çalışmalar, yara bandajı uygulamaları için geliştirilen asimetrik membranların, hastanın konforu ve sağlığı için yara bandajından beklenen temel gereksinimleri başarı ile karşıladığını göstermektedir [1-3]. Bu tür membranların gözenekli yapısı hücre yenilenmesini kolaylaştırırken, yara atıklarının da uzaklaştırılmasını sağlar. Yoğun kabuk tabaka ise, yara tarafından su buharı geçişini kontrol altına alırken, hücre büyümesi için gerekli oksijenin geçişine izin verir. Ancak, bandaj altında kalan yaranın bakteriyel ataklar sebebiyle enfeksiyon riski taşıması bandaj uygulaması sırasında karşılaşılan en ciddi sorundur. Bu amaçla, yara bandajları, kitosan, alginat gibi antibakteriyel özellik taşıyan doğal polimerler ile hazırlanmış [1-2] veya hazırlanan bandajlar antibakteriyel ajan ile kaplanarak modifiye edilmiştir [4-7]. Binlerce yıldır yaralanmış dokuların tedavisinde kullanılan gümüş, insan hücresine karşı toksik etki göstermediği ve uzun süre antibakteriyel etkisini koruduğu için en çok kullanılan antibakteriyel ajandır [8]. Bu gerçekler ışığında bu çalışmanın amacı, biyouyumlu, toksik etki göstermeyen, yapışmama özelliğine sahip, kolay ve düşük maliyetle hazırlanabilen, selüloz asetat membranlarının yara bandajı olarak geliştirilmesi ve gümüş ilavesi ile antibakteriyel özellik kazandırılmasıdır. Literatürde gümüş yüklenmiş selüloz asetat membranının yara bandajı uygulamalarında kullanımına rastlanmamıştır. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Gümüş yüklenmiş asimetrik selüloz asetat membranları kuru döküm faz değişimi metodu ile hazırlanmıştır. Bu amaçla selüloz asetat aseton içinde, gümüş nitrat (NO 3 ) ise su içerisinde çözündürülmüş, iki çözelti birbirine ilave edilerek 6 saat boyunca manyetik karıştırıcı ile karıştırılmış ve ardından film aplikatörü üzerindeki cam bir yüzeye 3 mikrometrelik bıçak yardımı ile çekilmiştir. Çekilen filmler iklimlendirme ünitesinde 25 o C de %4 nemli ortamda 2

2 saat süre ile ön kurutma işlemine tabi tutulmuş ardından 2 o C de 2 saat süre ile gümüş kalsine edilmiştir. Hazırlanan örneklerin, su buharı geçirgenlikleri Mocon-Permatron su buharı geçirgenlik cihazı ile ölçülmüştür. Membranların su buharı geçirgenlik değerleri, P eff, aşağıdaki denklem kullanılarak elde edilmiştir [9]. ( i) ln = Peff βt (1) P P L U ( t) ART β = (2) V L U Bu denklemde P L ve P U ; geçirgenlik ünitesinin her iki hücresinde (alıcı ve verici hücre) herhangi bir t anındaki buhar basıncını, V U ve T sırası ile alıcı hücrenin hacmi ve sıcaklığını, A ise membranın geçişe maruz kalan toplam alanını göstermektedir. Zamana karşı verici ve alıcı tarafın buhar basınç farkı alınıp başlangıç buhar basınç farkı ile normalize edilmiştir. Bu oranın ( i) logaritmasının ( ln ) zamana karşı grafiğinin eğimi ve 2 nolu denklem kullanılarak ( t ) membranın su buharı geçirgenlik değeri hesaplanmıştır. Membranların antibakteriyel etkileri disk yayılma yöntemi ile günlük hayatta birçok enfeksiyona sebep olduğu bilinen Gram negatif (G-) Esherichia coli (E.coli) bakterisine karşı incelenmiştir. Bu amaçla, 37 o C de 18 saat süre ile büyütülen E.coli, petri kabındaki büyütme agarı üzerine eşit miktarda dağıtılmış, daha sonra, üzerine 1.5 cm çapındaki örnekler yerleştirilmiş ve 37 o C de 1 günlük inkübasyon sonunda örneklerin etrafında oluşan koyu renkli bölgenin çapı ölçülmüştür. Hazırlanan membranların yüzey morfolojisi Philips XL3S model taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile, kristal boyutları ise Philips Xpert XRA- 48 Model X- ışını difraktometre ile ölçülmüştür. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Selüloz asetat membranın morfolojik yapısındaki değişimin su buharı geçirgenliği ile antibakteriyel özelliklerine olan etkisini incelemek amacıyla membran döküm çözeltisine ilave edilen selüloz asetat/aseton oranı % ağırlıkça 5/8 ile 15/8 arasında değiştirilerek farklı yapılarda CA membranlar hazırlanmıştır. Çizelge 1 de hazırlanan membranların kodları ve döküm çözeltisinin kompozisyonu verilmektedir. Membran Çizelge 1. Membran Hazırlama Çözeltilerinin Kompozisyonları (% ağırlık) Polimer (Selüloz Asetat) Çözücü (Aseton) Çözücü Olamayan (Su) Antibakteriyel Ajan (Gümüş Nitrat) CAI CAII CAIII

3 ln((-pui)/(-put)) y =.38x R 2 = Zaman (saniye) Şekil.1. CAII membranı için zamana karşı P ln P P L Ui U ( t ) grafiği (n=3) Selüloz asetat membranın morfolojik yapısındaki değişimin su buharı geçirgenliği üzerindeki etkisini inceleyebilmek için her 3 tip membran için su buharı geçirgenlik deneyleri yapılmıştır. Şekil 1 de CAII membranı için 3 paralel su buharı geçirgenlik deneyi sonucu elde edilen zamana i karşı ln grafiği görülmektedir. Bu grafiğin eğiminden CAII membranı için su buharı ( t ) geçirgenlik değeri, 3.9 x 1-11 mole/s.cm.kpa olarak hesaplanmıştır. CAI ve CAIII membranları için sırası ile 4.8 x 1-11 ve 2.3 x 1-11 mole/s.cm.kpa olarak hesaplanmıştır. Membran döküm çözeltisindeki selüloz asetat oranı %5 den %1 a ve ardından %15 e artırıldığında membranların su buharı geçirgenlik katsayıları sırasıyla %2 ve %52 oranlarında azalmıştır.bu durum döküm çözeltisi içerisindeki başlangıç polimer (CA) konsantrasyonunun membranının morfolojisi üzerindeki etkisi ile açıklanabilir. Şekil 2 de SEM fotoğraflarından görüldüğü gibi polimer konsantrasyonunun % 5 den % 15 e çıkması ile membran gözenekli bir yapıdan daha yoğun bir yapıya dönüşmekte ve yoğun kabuk tabakanın kalınlığı artmaktadır. (a) (b) (c) Şekil 2. (a) CAI, (b) CAII, (c) CAIII membranlarının SEM fotoğrafları (x35)

4 Hazırlanan membranların X-ışını kırınımı diyagramları Şekil 3 de gösterilmiştir. 38, 44, 65 ve 78 Bragg açı değerlerinde, gümüş nano-kristallerinin karakteristik pikleri mevcuttur. Her 3 tip membrana ait X-ışını kırınımı diyagramlarında bu açılarda piklerin gözlenmesi, antibakteriyel ajan olarak yüklenen gümüş nitratların membran içerisinde gümüş nano-kristaller olarak dağıldığını göstermektedir. Şiddet (a.u.) Bragg Açısı (2θ) (a) Şiddet (a.u.) Bragg Açısı (2θ) (b) Şiddet (a.u.) Bragg Açısı (2θ) Şekil 3. (a)cai, (b)caii, (c)caiii membranlarının X-ışını kırınımı diyagramları Selüloz asetat membranı içinde dağılan gümüş kristallerinin Scherrer denklemine göre hesaplanan boyutları Şekil 4 de özetlenmektedir. Sonuçlar yaklaşık 3 nm büyüklüğündeki gümüş kristallerinin boyutunun, membran morfolojisi ile değişmediğini göstermektedir. (c)

5 Ortalama Kristal Boyutu (nm) CAI CAII CAIII Membran p>.5 Şekil 4. CAI, CAII, CAII membranları içerisinde dağılan gümüş nano-kristallerinin boyutları (n=3) CAI, CAII, CAIII membranlarının Gram negatif (G-) Esherichia coli (E.coli) bakterisine karşı gösterdikleri antibakteriyel etki Şekil 6. daki fotoğrafta görülmektedir. Antibakteriyel test sonuçları sadece % 5 selüloz asetat ile hazırlanan membranın etrafında net bir bölgenin oluştuğunu göstermiştir. Bu bölge antibakteriyel ajanın etkili olduğu ve E.coli oluşumunun engellendiği alandır. %1 ve %15 selüloz asetat ile hazırlanan membranların antibakteriyel etkinlikleri temas ettikleri yüzeylerle sınırlı kalmıştır. Gümüş kristallerinin boyutunun selüloz asetat miktarı ile değişmediği gerçeği dikkate alınırsa bu sonuç, membranın gözenek, gözenek boyutu ve kabuk tabakasının kalınlığının antibakteriyel ajanın ortama salım hızı üzerinde oldukça etkili olduğuna işaret etmektedir. Şekil 5. CAI, CAII, CAIII membranlarının gram negatif (G-) Esherichia coli (E.coli) bakterisine karşı antibakteriyel etkileri

6 ÖNERİLER Çalışmanın bir sonraki adımı olarak, gümüş kristallerinin ortama salım mekanizmasının incelenmesi ve modellenmesi önerilmektedir. Ayrıca, membranların morfolojik özellikleri iklimlendirme ünitesindeki kuruma sıcaklığı ve ortam nemini değiştirerek de kontrol edilebilir. KAYNAKLAR [1] Mi, F-L., Wu, Y-B., Shyu, S-S., Chao, A-C., Lai, J-Y. ve Su, C-C., Asymmetric chitosan membranes prepared by dry/wet phase separation: a new type of wound dressing for controlled antibacterial release, Journal of Membrane Science, Cilt 5484, 1 18, 22. [2] Mi, F-L., Wu, Y-B., Shyu, S-S., Chao, A-C., Lai, J-Y. ve Su, C-C., Asymmetric chitosan membranes prepared by dry/wet phase separation: a new type of wound dressing for controlled antibacterial release, Journal of Membrane Science, Cilt 212, , 23. [3] Visscher, M, Hoath S. B., Conroy, E. ve Wickett, R. R., Effect of semipermeable membranes on skin barrier repair following tape stripping, Arch Dermatol Res, Cilt 293 : , 21. [4] Luong N. D., Lee, Y. ve Nama, J-D., Highly-loaded silver nanoparticles in ultrafine cellulose acetate nanofibrillar aerogel, European Polymer Journal, Cilt 44, , 28. [5] Barud H. S., Barrios, C., Regiani, T., Marques, R.F.C., Verelst, M., Dexpert-Ghys J., Messaddeq Y. ve Ribeiro, S.J.L. Self-supported silver nanoparticles containing bacterial cellulose membranes, Materials Science and Engineering, Cilt 28, , 28. [6] Rujitanaroj P., Pimpha N. ve Supaphol, P., Wound-dressing materials with antibacterial activity from electrospun gelatin fiber mats containing silver nanoparticles, Polymer, Cilt 49, , 28. [7] Innes, M. E., Umraw, N., Fish, J. S., Gomez, M. ve Cartotto, R. C. The use of silver coated dressings on donor site wounds: a prospective, controlled matched pair study, Burns, Cilt 27, , 21. [8] Jeon, H.-J., Yi, S., C. ve Oh, S., G., Preparation and Antibacterial Effects of SiO2 Thin Films by Sol Gel Method, Biomaterials, Cilt 24, No 27, , 23. [9] Topçuoğlu, Ö, Alsoy Altınkaya, S. ve Balköse, D., Characterization of waterborne acrylic based paint films and measurement of their water vapor permeabilities, Progress in Organic Coatings, Cilt 56, , 26