Antibakteriyel Kaplamalar
Bakteriler, günlük yaşamda oldukça sık karşılaştığımız, buzdolabından çamaşır makinesine, halıdan seramik yüzeylere kadar bulunabilen mikron boyutta tek hücreli canlılardır.
Patojenik mikroorganizmalar kolonize olduğu yüzeylerde bir biyofilm tabakası meydana getirmektedir. Oluşan bu durum ise insanda oldukça ciddi klinik enfeksiyonlara neden olmaktadır. Diğer yandan, patojen mikroorganizmaların antibiyotiklere karşı geliştirdikleri
direnç ise mikrobiyal enfeksiyonların tedavisine engel olmaktadır.
Mikrobiyal kontaminasyon; medikal cihazlarda, sağlık hizmetlerinde, hijyen gereken uygulama alanlarında, hastane ve diş cerrahisi aletlerinde, su arıtım sistemlerinde,
klimada, havalandırma sistemlerinde, gıda paketlemede ve gıdanın saklanmasında ve tekstil malzemelerinde en önemli sorunlardan biridir [Hos].
[caption id="attachment_149991" align="aligncenter" width="756"]
Şekil 1. A) Bakteri örneği B) Bakteri yapısının şematik gösterimi C) Biyofilm oluşumunun şematik gösterimi.[/caption]
Hastane enfeksiyonları (nozokomiyal enfeksiyonlar), hastanın hastaneye başvurduğu zaman inkübasyon döneminde olmayan, sonrasında gelişen ya da taburcu olduktan sonra
ortaya çıkan enfeksiyonlardır.
Çoğunlukla, hastanın hastaneye yatışından 48-72 saat sonra ve taburcu olmasının ardından 10 gün içinde gelişmektedir. Bu enfeksiyonların oluşma nedeni %4-%10 oranında (yoğun bakım ünitelerinde bu oran %30’a ulaşmaktadır) biyomedikal yüzeylerdeki bakteri kolonizasyonu kaynaklıdır.
2011 yılı verilerine göre ABD’de tahmini 722.000 nozokomiyal enfeksiyon vakası
meydana gelmiştir. Bu sayının yaklaşık 75.000’ i ise ölümle sonuçlanmıştır [Clotuier vd., Mgill vd.]. Tekstil malzemeleri, mikroorganizmaların büyüyebilmesi için oldukça elverişli
ortamlara sahiptir ve mikroorganizmalar tekstil yüzeylerinde aylarca yaşayabilir.
Mikroorganizmalar bir yandan tekstil malzemelerinin özelliklerinin değişmesine (mukavemet
kaybı, koku, renk değişimi) neden olurken diğer yandan kullanan kişiyi de olumsuz yönde etkilemektedir. Klinik bir çalışma sonucunda MRSA enfeksiyonlu hastalar ile ilgilenen
hemşirelerin %65’inin önlüklerinde MRSA patojeni olduğu bulunmuştur [Boryo].
Son yıllarda antibakteriyel kaplamaların geliştirilmesi, bu problemlerin çözümü için
oldukça aktif çalışılan bir alan haline gelmiştir. Antibakteriyel kaplamaların tasarımları için üç ana strateji bulunmaktadır. Bunlar antibakteriyel ajan salınımı, temas ile öldürücü
ve anti-yapışma/bakteri-kovucudur.
Antibakteriyel ajan salınımında (salınım esaslı kaplamalar), kaplamalar zaman içinde yüklü antibakteriyel bileşikleri süzerek antibakteriyel aktivitelerini gösterirler. Bu durum hem yapışmış hem de bitişik halde bulunan planktonik bakterinin ölmesini sağlar.
Birleşmiş antibakteriyel ajanların salınımı sulu ortama difüzyonla, aşınma/bozunma veya
kovalent bağların hidrolizi ile gerçekleşmektedir. En sık kullanılan antibakteriyel bileşikler arasında antibiyotikler (aminoglikosidler, kuinolonlar, penisilinler, glikopeptitler vb.),
antimikrobiyal peptitler, elementler (gümüş, bakır, çinko, galyum, selenyum, halojenler), enzimler (lisozom, asilaz) ve organik katyonik bileşikler [quaternary amonyum bileşikleri
(QAC), klorhekzidin, oktenidin, kitosan] yer almaktadır.
Temas ile öldürücü yaklaşımında antimikrobiyal bileşikler esnek, hidrofob polimer zincirleri ile malzeme yüzeyine kovalent olarak bağlanır. Yapışan bakterinin bağlı olduğu bileşiğin
hücre zarına zarar vermesi sebebi ile öldüğüne inanılır.
Kitosan gibi katyonik bileşikler ya da enzimler kullanımda tercih edilirler. Anti yapışma/Bakteri-kovucu yaklaşımında temel olarak yüzeydeki mikroorganizmaları öldürmeden erken biyofilm oluşumunu engelleyen mekanizmalar kullanılır.
Diğer bir ifade ile, sitotoksik olmayan mekanizmalar kullanılarak biyofilm oluşumu en erken adımında önlenmeye çalışılır. Biyomalzeme yüzeylerindeki bakteriyel yapışma genellikle iki aşamalı bir model kullanılarak tanımlanmaktadır:
Spesifik olmayan fizikokimyasal etkileşimlerin aracılık ettiği ilk, hızlı ve geri dönüşümlü bir aşama (aşama I). İkinci aşama ise ‘kilitleme’ aşamasıdır (aşama II) ve bu aşama türe
özgü bakteriyel yapışma proteinleri içerir. PEG, oxazolin, nitrooksit radikalleri, klorlanmış plazma polimerleri gibi malzemeler örnek gösterilmektedir [Cloutier vd.].
[caption id="attachment_149992" align="aligncenter" width="983"]
Şekil 2. Antibakteriyel kaplama tasarımları için geliştirilen üç temel strateji: (A) Antibakteriyel ajan salınımı (B) Temas
ile öldürücü (C) Anti-yapışma/Bakteri-kovucu.[/caption]
Antibakteriyel özelliğe sahip ürünler genellikle metal, seramik, polimer ve kompozit malzemelerden üretilmektedir. Bu ürünler temelde iki farklı yöntem ile hazırlanabilmektedir.
İlki, ürünün tamamının antibakteriyel özellikli malzemeden üretilmesidir. Bu yöntemde, kullanılan malzeme ve bileşimine bağlı olarak maliyetin yüksek olması, yöntemi dezavantajlı hale getirmektedir.
Bu sebepten dolayı, ikinci yöntem olan antibakteriyel özellikli kaplamaların hazır yüzeyin üzerine uygulanması daha avantajlıdır. Yaygın kullanıma sahip kaplama teknikleri; daldırma, püskürtme, kimyasal buhar biriktirme (CVD), fiziksel buhar biriktirme (PVD), sol-jel, elektroforetik biriktirme ve şerit dökümdür.
Kaplama uygulamalarının dışında yüzeyi fonksiyonelleştirerek ya da dağlama veya implantasyon, plazma işlemleri gibi farklı teknikler uygulayarak da yüzeye istenen özellikleri kazandırmak mümkündür. Antibakteriyel kaplamalar, temeli insan sağlığını korumaya yönelik olup uygulama yerine ve amacına bağlı olarak kolaylıkla elde edilebilmektedir.
Antibakteriyel kaplama üzerine çalışmalar günden güne artmaktadır. Kaplamaların dayanım
sürelerinin arttırılması gerekliliği ve kaplamaların klinik çalışmalarının yetersizliği ise geliştirilmesi gereken yönler olarak görülmektedir.
Referanslar
• Hoş. A., Antibakteriyel Polikaprolakton-hidroksiapatit Kompozit Filmlerin Üretimi, Sakarya
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016.
• M. Cloutier, D. Mantovani, F. Rosei., 2015, Antibacterial Coatings: Challenges, Perspectives,
and OpportunitiesTrends in Biotechnology, 33, 1, 637.
• Magill, S.S. et al. 2014, Multistate point-prevalence survey of health care-associated
infections. N. Engl. J. Med. 370, 1198–1208
• Boryo, D. 2013, The Effect of Microbes on Textile Material: A Review on the Way-Out So
Far, The International Journal Of Engineering And Science, 2319, 1805.
• Lichter, J.A. et al. 2009, Design of antibacterial surfaces and interfaces: polyelectrolyte
multilayers as a multifunctional platform. Macromolecules 42, 8573–8586
• https://www.chemistryworld.com/news/giant-long-lived-bacteria-could-makemicrobial-
farms-more-productive/4011137.article
• https://micro.magnet.fsu.edu/cells/bacteriacell.html
• https://www.cs.montana.edu/webworks/projects/stevesbook/contents/chapters/
chapter001/section002/black/page001.html
• https://www.tucsa.org/images/sss/ÇELİK%20YÜZEYLERİN%20MİKROPLARDAN%20
KORUNMASI%20DEZENFEKSİYON,%20DEZENFEKTALAR,%20ANTİMİKROBİYAL%20BOYALAR%
20ve%20KAPLAMALAR.pdf
• https://www.ideaport.org.tr/img/blog/61d2a730db781.pdf
Doç. Dr. Ekrem Altuncu
TÜYİDER (Tüm Yüzey İşlemler Derneği) BDK Üyesi
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
Malzeme ve Üretim Teknolojileri Uygulama ve Araştırma Merkezi – SUMAR Müdürü
Dr. Nilay Tüccar Kılıç
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
Malzeme ve Üretim Teknolojileri Uygulama ve Araştırma Merkezi
