TÜBİTAK-BİDEB KİMYAGERLİK, KİMYA ÖĞRETMENLİĞİ VE KİMYA MÜHENDİSLİĞİ KİMYA LİSANS ÖĞRENCİLERİ ARAŞTIRMA PROJESİ EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI (KİMYA-2 ÇALIŞTAY 2011 ANTİ-BAKTERİYEL BOYAR KAPLAMAÇÖZELTİSİ HAZIRLANMASI GRUP BAKTERİYOFAJ Emre YAVUZ Deniz DEMİRKAPI Berna BATTAL
İÇERİK Giriş Gümüşün Anti-bakteriyel Etkisi Anti-bakteriyel Kaplamanın Kullanım Alanları Deneysel Kısım Hazırlanan Kaplama Çözeltisinin Farklı Yüzeylere Uygulanması Sonuç ve Değerlendirme Kaynakça Teşekkür
GİRİŞ İnsanoğlunun bakteriler, küfler, mayalar ve virüsler gibi mikroorganizmalar tarafından yaşadıkları çevrede sık sık enfekte olması çeşitli doğal ve inorganik maddeleri içeren anti-bakteriyel malzemelerin araştırılmasını yoğunlaştırmıştır..katalik aktivite, optik özellikler, elektronik özellikler, antimikrobiyal aktivite ve magnetik özellikler gibi fizikokimyasal karakteristiklerinden dolayı metal nanopartiküller, kapsamlı olarak çalışılmaktadır. Metal nanopartiküller arasında gümüş nanopartiküllerin inhibitör ve bakterisidal etkilere sahip oldukları bilinmektedir.
İnert doğası ve güçlü antimikrobiyal etkisi nano gümüşü gıda işleme ve medikal ekipman endüstrisinde cazip bir seçenek haline getirmiştir. Gümüşün birçok alandaki mikroorganizmayı inaktif hale getirici ve bakterinin canlılık faaliyetini sonlandırıcı etkisi olduğu bilinmektedir. Genellikle, ağır metallerin içindeki yüzey proteinlerinde bulunan thiol gruplarıyla reaksiyona giren iyonlar yaydıkları bilinmektedir. Bu proteinler bakteri hücre zarının dışına çıkarlar ve hücre zarı üzerinden besleyicilerin geçişini sağlarlar.
Gümüş, thiol gruplarındaki proteinlerle etkileşime girerek onları etkisiz hale getirir ve zar geçirgenliğini düşürerek hidrojen katyonuyla yer değiştirerek böylece bakteri hücrelerinin ölümüne neden oldukları bilinmektedir. Şekil 1 de Escherichia coli hücresi ve 12 saat boyunca gümüş nitrat ortamında bulunan E. Coli görülmektedir. Gümüşe maruz kalan bir bakteri hücresinde, hücre zarı ile hücre duvarı arasında boşluk oluşur. Daha sonra hücre duvarı granüllerle çevrilir ve bu granüller hücre duvarını yok ederek hücrenin ölmesine neden olurlar. Şekil 1: a) Sağlıklı E. Coli bakterinin iç yapısı b) Gümüşe maruz kalan E. Coli bakterisi (1)
Gümüş nanopartiküllerin düşük konsantrasyonlarda antimikrobiyal etki gösterdikleri, anti-bakteriyel özelliklerin nanopartiküllerin yüzey alanı ile ilişkili olduğu, partikül boyutunun küçülmesinin dolayısıyla yüzey alanının artışının anti-bakteriyel aktivite için daha fazla etki sağladığı belirlenmiştir.
Anti-Bakteriyel Kaplamanın Kullanım Alanları Anti-bakteriyel kaplama çözeltisinin kullanım alanları öncelikli insanların sürekli etkileşim içerisinde bulundukları yerler; kapı kolları mutfak tezgahları lavabolar
anahtarlıklar bilgisayar klavye-mouse toplu tasıma araçları telefon kapakları duşakabin kenarları metal paralar
DENEYSEL KISIM MATERYALLER Çalışmalarda organik boyar madde (Ftalosiyanin), AgNO3, Etilalkol, metilalkol, THF kimyasalları kullanılmıştır. YÖNTEM Reaksiyon-1: 0,004 g AgNO 3 2 ml suda çözüldü. Üzerine 50 ml etilalkol ilave edilerek manyetik karıştırıcıda yarım saat, oda sıcaklığında karıştırıldı. 1:10 oranında etanolle seyreltilerek UV-Vis spektrumu alındı. Reaksiyon-2: 0.006 g AgNO 3 2 ml suda çözüldü. Üzerine 50 ml etilalkol ilave edilerek manyetik karıştırıcıda yarım saat oda sıcaklığında karıştırıldı. 1:10 oranında etanolle seyreltilerek UV-Vis spektrumu alındı.
Reaksiyon-3: 0,01 g AgNO 3 2 ml suda çözüldü. Üzerine 50 ml etilalkol ilave edilerek manyetik karıştırıcıda yarım saat, oda sıcaklığında karıştırıldı. 1:10 oranında etanolle seyreltilerek UV-Vis spektrumu alındı. Reaksiyon-4: 0,004 g AgNO 3 3 ml suda çözüldü. Üzerine 50 ml etilalkol ilave edilerek manyetik karıştırıcıda yarım saat, oda sıcaklığında karıştırıldı. 1:10 oranında etanolle seyreltilerek UV-Vis spektrumu alındı. Reaksiyon-5: 0,008 g AgNO 3 3 ml suda çözüldü. Üzerine 50 ml etilalkol ilave edilerek manyetik karıştırıcıda yarım saat, oda sıcaklığında karıştırıldı. 1:10 oranında etanolle seyreltilerek UV-Vis spektrumu alındı. Şekil.2 Farklı derişimlerde hazırlanan 5 farklı çözelti
Belirli sürede aşağıdaki reaksiyon gerçekleştirildi:
KULLANILAN CİHAZLAR Dynamic light scattering (DLS) UV-Visible Spektroskopisi Manyetik Karıştırıcı Etüv
Dynamic light scattering (DLS) Gerçekleştirdiğimiz reaksiyonlarda gümüşün en iyi bağlandığı sistem için (reaksiyon-5) partikül boyutu ölçüldü. Kompleksin partikül boyutunu tespit etmek için, çözgeni uçurulmuş kompleks suda disperse edilerek Particle Size Analyzer (DLS) da ölçüm yapılmıştır. UV-Visible Spektroskopisi Projemizde Ag + ün boyar maddeye bağlandığı UV-Vis spektrometredeki değişimlerle izlendi. Oluşan kompleksin UV-Vis ve başlangıç maddenin UV-Vis i farklı olduğundan boyanın Ag bağlama(sensor) özelliği belirlenmiştir.
Bakteriyolojik Test Projenin üçüncü aşaması boya yüzeyine bağlanan Ag içeren boyanın bakteri ortamına antibakteriyal etkisi incelenmiştir. Bu işlem disk difüzyon yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. 4 petri kabındaki besiyerlerinin her birine Gram(+) S. aureus (ATCC 25923) ve E. faecalıs (ATCC 29212) ve Gram (-) E. Colı (ATCC 25922) ve P. aerugınosa (ATCC 27853) bakterileri ekildi. Hazırlanan farklı çözeltiler 6mm çapındaki disklere 0.5 ml emdirildi. 1 gün sure ile 37 de etüvde bekletilerek disk çevresindeki bakteri oluşumu yorumlanarak anti-bakteriyolojik etki tespit edildi.
SONUÇ VE TARTIŞMA UV-VisVis Sonuçlarının Değerlendirilmesi Şekil.3 Reaksiyon-1 UV-Vis Spektrumu Şekil.4 Reaksiyon-2 UV-Vis spektrumu
Şekil.5 Reaksiyon-3 UV-Vis spektrumu Şekil.6 Reaksiyon-4 UV-Vis spektrumu
Şekil.7 Reaksiyon-5 UV-Vis spektrumu Spektrumlarda görüldüğü gibi gümüşün miktarı arttıkça sisteme en uygun bağlanma reaksiyon-5 te görülmektedir!
DLS Sonuçlarının Değerlendirilmesi Kaplama çözeltisinin Particle Size Analyzer ölçümleri sonucunda partikül boyutunun yaklaşık 530 nm olduğu tayin edilmiştir!
Anti-Bakteriyel özelliklerinin İncelenmesi Öncesi Sonrası Sekil.8 Petri kabına bakterilerin ekilip, disklerin yerleştirilişi Şekil.9 Petri kabına bakterilerin ekilip, disklerin yerleştirilişinden 24 saat sonra
S.A E.F E.C P.A 1:Reaksiyon-5 12 mm 16 mm 10 mm 11 mm 2:THF sistem-1 16 mm 15 mm 15 mm 15 mm 3:THF sistem-2 20 mm 19 mm 20 mm 17 mm 4:THF system-3 12 mm 11 mm 9 mm 11 mm 5:Reaksiyon-4 12 mm 11mm 9 mm 11 mm THF 13 mm 15 mm 19 mm 14 mm G 18 mm 20 mm 16 mm 19 mm V 15 mm 23 mm ------ ------ Tablo1: Deney sonuçlarının bakteri çeşitlerine göre değerlendirilme tablosu. Etilalkollü sisteme baktığımızda (4. Ve 5. Reaksiyon) referans olan antibiyotiklere göre düşük etki göstermiş olsalarda antibakteriyel etkinliği resimde ve tabloda görüldüğü gibi önemsenebilecek ölçüdedir! 4. ve 5. reaksiyonlarda 5. Reaksiyonun antibakteriyel etkinliği tabloda görüldüğü gibi daha fazladır!
Hazırlanan Çözeltilerin Farklı Yüzeylere Kaplanması: Şekil.10 Kaplama Çözeltisinin Farklı Yüzeylere Uygulanması Şekil.11 Kaplama Çözeltisinin Kapı Koluna Uygulanması
SONUÇ ve YORUM Etanollü sistem ile gümüş içeren organik boyar madde ile anti-bakteriyel yüzey kaplama yapılıdı ve verimli sonuclar alındı fakat; THF li sistem yüzeye zarar verdiği için uygulanabilirliğini uygun değildir.
Çalıştay koordinatörü Prof. Dr. Mehmet AY Prof.Dr.Mehmet KANDAZ Doç.Dr.Mustafa SÖZBİLİR Doç.Dr.Cahit AKGÜL Neşe DİŞÇİOĞLU Emre SEFER Diğdem ERDENER Funda YILDIRIM Memduh BİLMEZ e TEŞEKKÜRLER