Antimikrobiyal Kaplamalar Doç. Dr. İdris ÇERKEZ Lif ve Polimer Mühendisliği e-mail: idris.cerkez@btu.edu.tr Telefon: +90 224 314 1745
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
Neden Antimikrobiyal? SARS 2003 A. INFLUENZA 2004 AH1N1 2009 EBOLA 2014?????? 2015 Antimikrobiyal kaplamalar küresel salgınları minimize edebilirler!
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 48-72 saat sonra ve taburcu olduktan sonra 10 gün içinde gelişir Hastanede kalış süresini uzatır Ölüme sebebiyet verir Sağlık giderlerini artırır
Hastane Enfeksiyonları (HAIs) 1.7 milyon İnsan Amerika da 2002 yılında hastane enfeksiyonu kaptı 99 000 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
Hastane Enfeksiyonları Bulaşma Yolları Hastane enfeksiyonları, kan yoluyla, direk ya da indirek temas, hava yoluyla bulaşabilir Hastane enfeksiyonlarının %40 kadarı önlenebilir nedenlerden kaynaklanmaktadır
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. 2319-1805.
Antimikrobiyal Bileşikler Aktivite yöntemi Difüzyon Kontak Gümüş İyonları Triklosan Quats Kitosan N-halamin Ag + H 2 O ===> Ag +
N-halamin nedir? Halojenler N-halamin bileşikleri ile stabilize edilebilirler
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
N-halamin Rejenerasyonu www.halosource.com
N-halamin Yüzey Kaplamaları Yüzey kaplaması Kimyasal Bağlanma Fiziksel Bağlanma Çapraz bağlayıcı ajanlar Reaktif kopolimerler Dipol Kuvvetleri + H Baglari Elekrostatik etkileşim
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
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?
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
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. 4230-4238.
Characterization Cerkez et al, Multifunctional Cotton Fabric: Antimicrobial and Durable Press, Journal of Applied Polymer Science, 24 (5), 2012, pp. 4230-4238.
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 + % 0 0.32 0.33 5 0.23 0.32 0.27 0.31 10 0.20 0.31 0.26 0.32 Rechlorinated Cl + % 25 0.18 0.29 0.18 0.32 50 0.17 0.26 0.18 0.32 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. 4230-4238.
Antimikrobiyal Etki E. coli O157:H7 (6.72 log) S. aureus (6.25 log) Contact time (min) % Log Reduction % Log Reduction Control 30 31.7 0.17 24.7 0.15 Chlorinated Cl + % 0.32 5 100 6.72 100 6.25 10 100 6.72 100 6.25 30 100 6.72 100 6.25 o 5 dk içerisinde % 100 bakteri inaktivasyonu gerçekleştirilmiştir
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. 4230-4238.
Wrinkle Recovery Angle (WRA) o Bütün kumaşlar hem buruşmaz hem de antimikrobiyal etki ile multifonksiyonel özellik göstermiştir
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
Reaktif Kopolimer Sentezi
Yıkama Haslıkları Yıkama Sayısı Silan Kopolimeri (Cl + % miktarı) X:Klorlanmış Y:Tekrar Klorlanmış Epoksit Kopolimeri (Cl + % miktarı) X Y X Y 0 0.28 0.36 5 0.08 0.28 0.18 0.34 10 0.06 0.28 0.14 0.32 25 0.03 0.26 0.11 0.31 50 0.00 0.24 0.10 0.29 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. 673-679.
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 10 0.26 0.18 Silan 5 0.03 0.20 Epoksit 10 0.09 0.27 Epoksit 5 0.12 0.23 Silan 2 6.55 6.56 1 1.21 4.41 Epoksit Cl + % 5 6.55 6.56 2 6.52 6.24 Cl 0.25 % 0.25 10 6.55 6.56 5 6.52 6.24 Silan 2 3.61 6.56 1 6.52 6.24 Epoksit Cl + % 5 6.55 6.56 2 6.52 6.24 Cl 0.36 % 0.26 10 6.55 6.56 5 6.52 6.24 Cerkez et al., N-halamine Copolymers for Biocidal Coatings, Reactive and Functional Polymers, 72 (10), 2012, pp. 673-679.
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
N-halamin Homopolimerleri 3-chloro-2- hydroxypropylmethacrylate
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, 1082-1087.
Kalan Klor Oranı (%) Yıkama Haslıkları 100 90 80 70 60 50 40 No Bleach 1.5 wt. % Bleach 0 10 20 30 40 50 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, 1082-1087. 29
Antibakteriyel Etkinlik Test-1 (3 wt%) Samples Contact time (min) Bacterial Reduction (%) S. aureus a E. coli O157:H7 b Unchlorinated 30 36.05 12.16 Chlorinated Cl + %= 0.18 a The inoculum concentrations were 6.45 logs; b The inoculum concentrations were 6.44 logs 2 39.09 39.53 5 69.55 49.21 10 99.42 61.30 30 100 73.39 Samples Contact Time (min) Test-2 (5 wt%) Bacterial Reduction (%) S. aureus a E. coli O157:H7 b Unchlorinated 60 44.96 9.19 Chlorinated Cl + %= 0.32 5 83.97 26.37 10 98.83 70.55 30 100 99.98 60 100 100 30
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
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
Polielektrolit Sentezi
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
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. 4091-4097.
Her bir katman 2 nm kalınlığındadır Cl + miktarı katman sayısı ile doğru orantılı olarak artmıştır
Yıkama Haslıkları Yıkama Sayısı Klorlanmış Kumaş (Cl + %) 0 0.22 Yıkama sonrası tekrar klorlamış (Cl + %) 5 0.21 0.22 15 0.20 0.22 25 0.19 0.20 50 0.16 0.19 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. 4091-4097.
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 60 0.72 10 0.04 0.5 5 3.94 56 4.21 58 15 6.97 100 7.15 100 30 6.97 100 7.15 100 60 6.97 100 7.15 100 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. 4091-4097.
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
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
Teşekkürler