Biyosidal dispersiyonların ve kalıcı antibakteriyel kumaşların hazırlanması için kuaterner poli(4-vinil piridin) esaslı mikronaltı taneciklerin sentezi

Bakteri, mantar ve parazit gibi mikroorganizmalar insanoğlunun hayat kalitesini olumsuz yönde etkileyen ciddi enfeksiyonlara sebep olmaktadırlar. Bundan dolayı bu mikroorganizmaların çoğalmasının kontrolü büyük önem arz etmektedir. Bitkiler, hayvanlar ve hatta mikroorganizmaların kendileri dahi kendilerini korumak amacıyla çeşitli mekanizmalar geliştirmişlerdir. Günümüzde bu mikroorganizmaların çoğalmasını kontrol etmek veya onları yok etmek amacıyla çeşitli antibakteriyel ajanlar kullanılmaktadır. Fakat, bu antibakteriyel ajanlar mikroorganizma kaynaklı enfeksiyonların tamamını engelleyememektedir. Buna ek olarak bazı mikroorganizmalar antibakteriyel ajanlara karşı direnç kazanmakta ve antibiyotiğe dirençli hastaların sayısı da gün geçtikçe artmaktadır. Bu sebepten ötürü mikrobiyal enfeksiyonların tedavisi daha da zorlaşmaktadır. Bunu önlemenin en etkin yolu ise bakterinin tutunup çoğalabileceği nemli ortamı ortadan kaldırmaktır. Bakteriler tutunabildikleri ortamda polisakkarit bazlı biyofilm oluştururlar ve bu biyofilmin bakterilerin biyositlere karşı direncini 1000 kata kadar artırdığı bilinmektedir. Bu biyofilmler insanoğlunun yaşam kalitesini olumsuz etkileyen bakterilerin çoğalması için uygun koşulları korudukları gibi tutundukları yüzeyin yapısının bozulmasına da sebep olurlar. Hipoklorit, hidrojen peroksit ve diğer reaktif oksijen türleri (ROS) yüzey temizliğinde kullanılan dezenfektan türevleridir. Gümüş tuzları, kuaterner amonyum tuzları (polikuatlar), alkoller ve triklosan ise bu dezenfektanların diğer alternatifleridir. Fakat bu dezenfektanların kullanıldığı işlemler kalıcı olmamakla birlikte, özellikle triklosan kullandığı takdirde, çevre kirliliğine sebep olmaktadırlar. Buna ek olarak bu dezenfektanların sık kullanımıyla bazı bakterilerin direnç kazandığı bilinmektedir. Örneğin, penisilinin yarısentetik analoğu olan metisilinin sık kullanımı sonucu Staphylococcus aureus metisiline karşı direnç kazanmıştır. Bu bakteri hastane kaynaklı enfeksiyonlara yol açmakta ve günümüzde Amerika Birleşik Devletleri'nde HIV'den daha fazla ölüme sebep olmaktadır. Bakterilerin biyofilm oluşturmasını engellemenin en başarılı yolu antibakteriyel yüzeylerdir. Bu yüzeyler biyositlerle fonksiyonlandırıldıktan sonra bakterileri kendilerinden uzakta tutarak yüzeye tutunmalarını engeller veya yüzeye temas edenleri öldürürler. Fakat yukarıda bahsedilen dezenfektanlar zamanla etkilerini yitirdikleri için kalıcı antibakteriyel etki sağlayamazlar. Teknolojinin gelişmesiylebirlikte kimyasal, elektriksel veya optik etki sonucu biyosit salınımı yapan antibakteriyel yüzeyler geliştirilmiştir. Antibakteriyel yüzeylerin eldesinde kullanılan etkin yöntemlerden biri de polimerik materyaller gibi yüksek molekül ağırlıklı ajanların kullanımıdır. Antibakteriyel polimerler geniş kullanım alanları sebebiyle gerek endüstrinin gerekse de akademinin dikkatini çekmişlerdir. Sentezlenen ilk antibakteriyel polimer 1965 yılında 2-metakriloksitroponon türevleriyle literatürde yerini almıştır. Keşfedildikleri günden bu yana geniş bir çalışma alanına sahip olan bu materyaller polimerik biyositler, biyosidal polimerler ve biyosit salınımı yapan polimerler olarak 3 ana grupta incelenirler. Antibakteriyel polimerlerin etki mekanizması genel olarak pasif ve aktif etki olarak iki gruba ayrılır. Yüzeyin antibakteriyel polimerle kaplanması sonucu biyofilm oluşumunun engellenmesi tekniği pasif etki olarak adlandırılmaktadır. Mikroorganizmaların membranları genellikle hidrofob ve negatif yüklü olduğu için yüzeyin kaplanacağı polimerik materyalin seçimi de buna göre belirlenir. Mikroorganizmaların yüzeye yaklaşmasının engellenebilmesi için polimerik materyal hidrofilik karakterde, negatif yüke ve düşük yüzey enerjisine sahip olmalıdır. Polimerin düşük yüzey enerjisine sahip olması, sterik etkisi ve elektrostatik olarak itme kabiliyeti bakterinin yüzeyde tutunmasını engeller, Pasif etkiye sahip polimerlere poli(dimetil siloksan), polipeptoid, poli(dimetil akrilamid), poli(2-metil-2-oksazolin), poli(n-vinil-pirolidon) ve poli(etilen glikol) örnek olarak verilebilir. Antibakteriyel peptidler, antibiyotikler ve katyonik biyositler gibi aktif etkiye sahip polimerler uygulandıkları yüzeye temas eden mikroorganizmaları öldürücü etkiye sahiptirler. Etki mekanizmaları kısaca biyosit salınımı ve temas anında öldürmeleriyle açıklanabilir. Polikuatlar gibi pozitif yüklü antibakteriyel polimerler günümüzde en sık kullanılan antibakteriyel polimerlerdir. Bu materyaller mikroorganizmanın hücre duvarını yırtar ve hücrenin yaşamsal faaliyetleri için gerekli olan organellerin dışarı sızması sonucu hücre ölür. Yukarıda bahsedilen avantajlarından ötürü antibakteriyel materyallerin özellikle ucuz kaynaklardan yola çıkılarak üretimi son yıllarda oldukça revaçtadır. Fakat, tek kullanımlık materyallerin kullanımının tekrarlanmasının getirdiği maliyet göz önünde bulundurulduğunda uygulama maliyetleri artmaktadır. Bu tezde kalıcı antibakteriyel etkiye sahip kumaşların eldesi çalışılmıştır. Doğal bir polimer olan selülözün biyosidal moleküllerle kimyasal olarak fonksiyonlandırılması zahmetli bir iş olduğu için pratikte uygulanması pek mümkün değildir. Sunulan çalışmada işlenmemiş kumaşın fiberlerini saran çaprazbağlanma polimerleşmesi ile antibakteriyel etkiye sahip kumaş elde edilmiştir. Bu amaçla, 4-vinilpiridinin alkil halojenürler varlığında kendiliğinden polimerleşmesi tekniği tercih edilmiştir. Dihalojenürler çaprazbağlı yapının eldesinde çaprazbağlayıcı olarak kullanılmıştır. Bu yapının eldesinde 4-vinilpiridin, mono alkil halojenür ve 1,6-dibromohekzan uygun miktarda kuru kumaş ile gece boyunca oda sıcaklığında etkileştirilmiştir. Tepkimenin sonunda kumaş deterjanlı su ile yıkanmış ve kurutulmuştur. Elde edilen kumaş renksiz ve aynı yumuşaklığında elde edilmiştir. Kumaş yüzeyinde polikuatın varlığı fenil kırmızısı, bromtimol mavisi, metil oranj ve Denactive Blue Derf gibianyonik boyalarla etkileştirilerek doğrulanmıştır. Polikuat ile işlenen kumaşlar, ham kumaşlara nazaran üstün boya tutma kabiliyetine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Tepkime şartlarının incelenmesi amacıyla aynı tepkime asetonitril varlığında yapılmış ve mikronaltı tanecikler elde edilmiştir. DLS ölçümleri ve SEM görüntüleri elde edilen taneciklerinin boyutlarının 150 nm ile 1000 nm arasında değiştiğini ortaya koymuştur. Bu taneciklerin %5'lik suda ve alkoldeki disperisyonlarının antibakteriyel etkinlikleri ölçülmüş ve Gram-negatif bakteri olan E. coli'ye karşı etkin oldukları belirlenmiştir. Bunun yanısıra yukarıda adı geçen anyonik boyalarla etkileştirildiğinde taneciklerin renklendiği belirlenmiştir. Bu çalışma ile birlikte hem serbest hem de kumaş yüzeyine tutturulan polikuatların boyanabilirlikleri ortaya konulmuştur. Çalışmanın en etkileyici sonucu ise oluşturulan çaprazbağlı polikuatın kumaş fibrillerine kimyasal olarak bağlanmaması, fibrillerin etrafını sarmasıdır. Bu yaklaşım ile elde edilen kumaşın çeşitli tekstil materyallerinde uygulama alanı bulması beklenmektedir. Sunulan metod, hastane önlükleri, otel çarşafları, çeşitli ev gereçleri gibi materyallerin eldesinde oldukça elverişlidir. Kalıcı antibakteriyel etkiye sahip olan bu kumaşların günümüzde kullanılan tekstil ürünlerinden daha üstün olacağı öngörülmektedir. Bakterileri öldürme etkisi sunulan bu metod kağıda da işlenebileceği gibi antibakteriyel kağıt eldesi için mevcut kullanılan uçucu dezenfektanların yerini alabilecek yeni bir ürüne dönüştürülebilir.