Bakteriyel Çapraz Bulaşmayı Önleyen Çift Etkili Kaplama İcat Edildi
Texas A&M Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, taşıma bantları ve toplama kovaları gibi yüzeylere uygulanabilen bir kaplama geliştirdi.
Taze sebze ve meyveler, açık alanlardan manavlardaki ürün teşhirlerine kadar yaptıkları yolculuk boyunca mikroorganizmalar tarafından kontamine olabilir. Bu ürünler daha sonra diğer ürünleri bozabilir, kontaminasyonu daha fazla yayabilir ve hastalıklara neden olabilecek gıda maddelerinin sayısını artırabilir.
Texas A&M Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, taze ürünler arasında çapraz kontaminasyonu önlemek amacıyla taşıma bantları, silindirler ve toplama kovaları gibi gıdayla temas eden yüzeylere uygulanabilecek bir kaplama geliştirdi.
Araştırma ekibi, kaplamalarını mikrop öldürücü ve son derece su geçirmez olacak şekilde tasarladı. Araştırmacılar, su olmadan bakterilerin yüzeylere yapışamayacağını ya da çoğalamayacağını, bu yolla bir üründen diğerine kontaminasyonun büyük ölçüde engellenebileceğini ifade etti.
Artie McFerrin Kimya Mühendisliği Bölümünde doçent olan Mustafa Akbulut, “Kontamine olmuş çiğ gıdaları tüketmek her yıl yüzlerce insanın hastalanmasına neden oluyor. Bu nedenle gıda kontaminasyonu yalnızca büyük bir sağlık sorunu değil, aynı zamanda önemli bir ekonomik yük olarak görülebilir.
Çalışmamızda, bakterileri hem uzaklaştırabilen hem de öldürebilen yeni çift işlevli kaplamamızın çapraz kontaminasyonu önleyerek bakteriyel yayılmayı büyük ölçüde azaltabileceğini gösterdik.” açıklamasını yaptı.
Çalışmanın sonuçları ACS Applied Materials & Interfaces dergisinin Şubat sayısında yer almaktadır. Çok sayıda virüs ve bakteri türünü içeren bir dizi patojen, gıda kaynaklı hastalıklara yol açabilir.
Hasat sonrası olası bir enfeksiyonu önlemek için taze ürünler genellikle yıkanır ve ardından hidrojen peroksit veya asetik asit gibi güçlü antimikrobiyallerle sterilize edilir.
Bununla birlikte, bakteriler meyve ve sebzelerin kabuklarında ulaşılması zor yerlerde saklanmayı başarırlarsa hayatta kalmaya devam edebilirler.
Ayrıca, bakteri sayısı yeterince fazlaysa, biyofilm adı verilen ve onları dezenfektanların etkisinden koruyan koruyucu kılıflar oluşturabilirler.
Kontamine ürünler, diğer gıda maddelerine temas ederek doğrudan veya gıda ile temas eden yüzeyler aracılığıyla dolaylı olarak patojenleri yayabilir. Halihazırda, antimikrobiyal yüzey kaplamalarından bakterileri uzaklaştırmak için yay gibi hareket eden kirlenme önleyici polimer yüzeylere kadar dolaylı bulaşmayı önlemenin birkaç yolu vardır.
Ancak araştırmacılar, bu yaklaşımların başlangıçta etkili olsa da çeşitli nedenlerle zamanla etkilerini kaybedebileceğini söylüyor.
Mevcut teknolojilerin getirdiği engelleri aşmak için Akbulut ve ekibi, aynı zamanda son derece hidrofobik olan antimikrobiyal bir yüzey kaplaması oluşturmaya devam etti. Kaplamanın su itici özelliğinin, gıdayla temas eden yüzeylerin antiseptik etkilerini çok daha uzun süre korumasına yardımcı olabileceğini belirttiler.
Akbulut, “Çoğu bakteri ancak sulu ortamda yaşayabilir” dedi. “Yüzeyler süperhidrofobik ise, o zaman su ve onunla birlikte bakterilerin çoğu uzaklaştırılacaktır. Etrafta daha az bakteri olduğu için daha az mikrop öldürücü kullanılıyor ve bu da kaplamanın kullanım ömrünü artırıyor.”
Akbulut ve ekibi, çift işlevli kaplamalarını oluşturmak için gıda endüstrisinde temas yüzeyleri için yaygın olarak kullanılan bir metal olan alüminyum levha ile işe başladılar. Metalin yüzeyine, yüksek ısı kullanarak silis adı verilen ince bir bileşik tabakasını kimyasal olarak bağladılar.
Daha sonra, bir substrat olarak bu tabaka ile, gözyaşı ve lizozim adı verilen yumurta beyazında bulunan doğal olarak oluşan bir mikrop öldürücü protein ve bir silika karışımı eklediler.
Silika-lizozim katmanına bağlı silika-alüminyum katmanı, mikroskobik ölçeklerde bakıldığında pürüzlü bir dokuya sahip olan bir kaplama oluşturdu. Araştırmacılar, bu mikroskobik pürüzlülüğün veya kaplamadaki küçük tümseklerin ve yarıkların süperhidrofobikliğin anahtarı olduğunu belirtti.
Mühendislik Fakültesi’nde yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın ana yazarı olan Shuhao Liu, “Genel olarak, pürüzlülüğü artırırsanız, bir malzemenin hidrofobikliği artar, ancak bir sınır vardır.
Kaplama çok pürüzlüyse, bakteriler bir kez daha yarıkların arkasına saklanabilir ve kontamine olabilir. Bu nedenle, kaplamanın genel işlevinden ödün vermeden, pürüzlülüğün mümkün olan en iyi hidrofobikliği sağlaması için silika ve lizozim oranını değiştirdik.”
Araştırmacılar, süperhidrofobik, lizozim aşılanmış kaplamalarının ince ayarını yapıp hazır olduğunda, hastalığa neden olan iki bakteri türünün, Salmonella typhimurium ve Listeria innocuanın büyümesini engellemede etkili olup olmadığını test ettiler. Yapılan incelemede, bu yüzeylerdeki bakteri sayısının çıplak yüzeylere göre %99,99 daha az olduğunu tespit ettiler.
Kaplamalarının bakteri yayılmasını önlemedeki yüksek etkinliğine rağmen araştırmacılar, kaplamanın viral çapraz bulaşmayı azaltmak için aynı derecede iyi çalışıp çalışmadığını belirlemek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulacağını belirtti.
Diğer kaplamalara göre daha uzun ömürlü olmasına rağmen, kendi geliştirdikleri kaplamaların da belirli bir kullanımdan sonra yeniden aplike edilmesi gerektiğini belirtmişlerdir. Bu nedenle Akbulut ve ekibi, bir sonraki adım için daha kalıcı, çift fonksiyonlu kaplamalar geliştirmek için çalışmayı sürdürmektedir.
Akbulut, “Hedefimiz her türlü patojenin tutunmasını ve çoğalmasını engelleyebilecek akıllı yüzeyler oluşturmak” dedi. “Bu kapsamda, çapraz kontaminasyonun en önemli nedenlerinden biri olan bakterilerin yüzeylerde birikmesini engelleyebilecek yüzey kaplamaları geliştirdik. Şimdi ise buluşumuzu laboratuvardan pratiğe taşımak için tarımdaki
araştırmacılarla birlikte çalışıyoruz.”
Referans: “Dual-Functional, Superhydrophobic Coatings with Bacterial Anticontact and Antimicrobial Characteristics”
Yazan: Shuhao Liu, Jeremy Zheng, Li Hao, Yagmur Yegin, Michael Bae, Beril Ulugun, Thomas Matthew Taylor, Ethan A. Scholar, Luis Cisneros-Zevallos, Jun Kyun Oh ve
Mustafa Akbulut, 5 Şubat 2020, ACS Applied Materials & Interfaces.
Araştırmaya katkıda bulunan diğer kişiler arasında Teksas A&M Kimya Mühendisliği Departmanından Michael Bae ve Ethan A. Scholar; Texas A&M Biyomedikal Mühendisliği Departmanından Jeremy Zheng ve Beril Ulugün; Çin Zhongkai Ziraat ve Mühendislik Üniversitesi’nden Li Hao; Texas A&M Beslenme ve Gıda Bilimi Bölümü’nden Thomas Matthew Taylor, Luis Cisneros-Zevallos ve Yağmur Yeğin; ve Kore Cumhuriyeti Dankook Üniversitesi’nden Jun Kyun Oh yer almaktadır.
Bu çalışma, Gıda Üretim Teknolojileri Programı ve Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı tarafından desteklenmektedir.
Kaynak
