Özet
Kan lekeleri, hemoglobindeki demir iyonlarının oksidasyonu ve proteinlerin kumaş liflerine bağlanması nedeniyle zor çıkarılan lekelerden biridir. Bu çalışmada, kan lekelerinin uzaklaştırılmasına yönelik olarak indirgeme ajanı (askorbik asit), yüzey aktif maddeler (SLES, LABSA) ve farklı pH ve sıcaklık koşullarının etkileri tergotometre yıkamaları ile incelenmiştir. Deneylerde ayrıca tuz ilavesinin temizleme performansına katkısı değerlendirilmiştir. Bulgular, askorbik asidin kandaki Fe³+ iyonlarını indirgeyerek lekelerin rengini azalttığını göstermektedir. Kan lekesini simüle etmesi için hemoglobinle yapılan çalışmalarda SLES’in hemoglobin lekesini kumaştan çıkararak leke çıkarma performansını geliştirdiği belirlenmiştir. LABSA ise asidik karakteri nedeniyle bazı durumlarda kararmaya yol açmıştır. Elde edilen sonuçlar, kan lekelerinin giderilmesinde kimyasal mekanizmaların anlaşılmasının önemini vurgulamakta ve leke çıkarıcı formülasyonların geliştirilmesine bilimsel bir temel sağlamaktadır.
Giriş
Kan lekeleri, biyolojik kökenli kirler arasında en zor uzaklaştırılanlardan biri olarak bilinmektedir. Bu zorluğun temelinde hemoglobin ve plazma proteinlerinin yapısal özellikleri, demir iyonlarının oksidasyon süreçleri ve kumaş lifleri ile kurdukları güçlü etkileşimler bulunmaktadır. Hemoglobin molekülü, kuaterner yapıda bir proteindir ve her alt biriminde demir iyonu (Fe²+) içeren bir heme grubu barındırır. Kan vücut dışında kaldığında hemoglobin oksijenini kaybeder ve Fe²+ iyonları Fe³+ formuna yükseltgenerek hemin oluşumuna yol açar. Devam eden oksidasyon süreçleri sonunda demir oksit ve protein kalıntıları meydana gelir; bu da kan lekelerinin kahverengi-siyaha dönüşerek kalıcı hale gelmesine neden olur [1]. Lekelerin kalıcılığında yalnızca oksidasyon değil, aynı zamanda proteinlerin denatürasyonu da kritik rol oynamaktadır. Yüksek sıcaklık ve asidik/bazik ortamlar proteinlerdeki hidrojen bağları, iyonik bağlar ve disülfit köprülerini bozarak geri dönüşsüz katılaşmaya neden olur. Bu durumda proteinler çözünmez hale gelir ve kumaş liflerine sıkıca bağlanır. Özellikle pamuk gibi selüloz bazlı kumaşlarda hidroksil grupları, proteinlerin hidrojen bağları aracılığıyla tutunmasına imkan tanırken, sentetik liflerde (örneğin polyester) hidrofobik etkileşimler daha baskın hale gelir. Böylece kan lekesi, kumaş türüne bağlı olarak farklı kimyasal bağlanma mekanizmaları ile kumaşa tutunur. Bu noktada, leke çıkarma çalışmalarında kimyasal ajanların seçimi önem kazanmaktadır. İndirgeme ajanları, heme grubundaki demir iyonlarını daha düşük oksidasyon basamağına indirger veya kompleksleşme yoluyla bağlanabilir. Askorbik asit indirgeme ajanı olarak Fe³+ → Fe²+ dönüşümünü sağlayarak hem grubunun renkli yapısını bozar. Bir diğer önemli parametre ise tuzların etkisidir. Çözeltiye tuz ilavesi, ozmotik basınç farkı oluşturarak lekeli bölgedeki suyun hareketini değiştirir ve proteinlerin türüne bağlı olarak çözünürlüğünü kolaylaştırabilir. Sodyum klorür gibi iyonik bileşikler, hemoglobinin çözünürlüğünü artırabilir veya proteinler arasındaki elektrostatik etkileşimleri zayıflatarak kumaş liflerinden ayrılmalarını hızlandırabilir. Ayrıca tuz, yüzey aktiflerin misel oluşum davranışını da değiştirebilir ve böylece deterjan formülasyonlarının etkinliğini artırabilir. Tüm bu faktörler bir araya geldiğinde kan lekelerinin uzaklaştırılması oldukça karmaşık bir süreçtir ve kimyasal ajanların etkilerinin sistematik olarak incelenmesi gereklidir. Bu çalışmada indirgeme ajanının etkileri, pH değişimlerinin katkısı ve tuz ilavesinin temizleme performansına etkileri tergotometre yıkamaları kullanılarak değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçların, kan lekelerinin giderilme mekanizmalarının anlaşılmasına katkı sağlaması ve leke çıkarıcı formülasyonların geliştirilmesine bilimsel temel oluşturması hedeflenmektedir.
Materyal ve Metot
Bu çalışmada kan lekelerinin uzaklaştırılmasına yönelik olarak indirgeme ajanı, sıcaklık, pH değişimleri ve tuz ilavesinin etkileri incelenmiştir. İndirgeme ajanı olarak askorbik asit; yüzey aktif madde olarak ise sodyum lauril eter sülfat (SLES) ve lineer alkil benzen sülfonik asit (LABSA) kullanılmıştır. Tuz olarak NaCl tercih edilmiştir. Ayrıca deneysel bulguların piyasadaki mevcut temizlik ürünleriyle karşılaştırılabilmesi amacıyla ticari ürün örnekleri de referans grup olarak değerlendirmeye alınmıştır. Deneylerde kullanılan kumaş örnekleri pamuk esaslı olup 4 × 4 cm boyutunda kesilmiş, deneysel bulguların tekrarlanabilirliğini ve ticari ürünlerle karşılaştırılabilirliğini artırmak amacıyla Center for Testmaterials (CFT) standart kan lekesi kumaşları kullanılmıştır. Bu kapsamda iki farklı yaşlanma derecesine sahip standart leke tercih edilmiştir: C-S-01 Blood, aged (yaşlanmış kan lekesi; zorlu koşulları temsil eder) ve C-S-101 Blood, slightly aged (hafif yaşlandırılmış kan lekesi; orta zorluktaki koşulları temsil eder).
Yıkama deneyleri tergotometre cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Her deneyde 1 L yıkama çözeltisi hazırlanmış, içine lekeli kumaş örnekleri yerleştirilmiş ve 25°C sıcaklıkta 15 dakika süreyle yıkama işlemi uygulanmıştır. Tergotometre, çözeltinin kumaş lifleriyle sürekli temas etmesini sağlayarak hem kimyasal hem de mekanik etkileşimin etkin bir şekilde gerçekleşmesine olanak tanımıştır. Çözeltilerde pH değerleri 3, 7 ve 11 olacak şekilde H₂SO₄ ve NaOH kullanılarak ayarlanmıştır. Bazı deneylerde %2,5 (w/v) NaCl eklenerek tuz ilavesinin ozmotik basınç farkı ve iyonik ortam üzerinden leke çıkarma performansına etkisi değerlendirilmiştir. Ayrıca, indirgeme mekanizmasının kan proteinleri üzerindeki etkisini değerlendirmek amacıyla askorbik asit esaslı formülasyonlar özel olarak incelenmiştir. Askorbik asit içeren formülasyonların kan lekesinin görünürlüğünü azaltma ve leke giderim performansını artırma potansiyeli test edilmiştir. Benzer şekilde, mevcut deterjanların çalışma prensipleri ile laboratuvar ortamında hazırlanan indirgeme bazlı formülasyonların performansları karşılaştırılmıştır. Yıkama işlemleri tamamlandıktan sonra kumaş örnekleri saf su ile durulanmış ve oda sıcaklığında kurutulmuştur. Leke çıkarma etkinliği görsel gözlem ile spektrofotometrik analizle değerlendirilmiştir. Ölçümler CIE Lab* renk uzayı üzerinden yapılmış ve özellikle L* (parlaklık) değerlerindeki değişim dikkate alınarak leke giderme yüzdesi hesaplanmıştır.
Sonuçlar ve Tartışma
Bu çalışmada, kan lekelerinin uzaklaştırılmasında indirgeme ajanları, yüzey aktif maddeler, pH değişimleri ve tuz ilavesinin etkileri sistematik olarak değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kan lekelerinin yapısal karmaşıklığı nedeniyle leke gideriminde birden fazla kimyasal parametrenin birlikte ele alınmasının önemine işaret etmektedir. İndirgeme ajanları arasında askorbik asit, incelenen koşullar altında leke giderim performansını arttırabildiği gözlemlenmiştir. Bu performans artışının, indirgeme ajanlarının kan lekesinin renk oluşturan bileşenleriyle etkileşimiyle ilişkili olabileceği değerlendirilmektedir. Elde edilen bulgular, askorbik asit içeren formülasyonların incelenen koşullarda ticari deterjanlara kıyasla karşılaştırmalı olarak daha yüksek leke giderimi sağlayabildiğini göstermektedir. Literatürde, askorbik asidin heme grubundaki iyonunu indirgediği yönünde çalışmalar mevcuttur [5]. Bu nedenle askorbik asidin heme grubundaki Fe³+ iyonlarını indirgeyerek leke çıkarma performansına katkı sağladığı düşünülmektedir.
pH değişiminin etkisi, elde edilen performans sonuçlarına belirgin şekilde yansımıştır. pH=11 koşulunda leke çıkarma performansında artış gözlenirken, pH=3 koşulunda performansın düştüğü ve lekenin renginde koyulaşma meydana geldiği görülmüştür. Asidik koşullarda gözlenen bu koyulaşma, kan lekesinin renk veren bileşenlerinde pH’a bağlı kimyasal/konformasyonel değişimler oluşabilmesiyle ilişkilendirilebilir. Ayrıca asidik ortamın, leke bileşenlerinin lif yüzeyleriyle etkileşimini ve kumaş üzerinde tutunmasını artırma eğilimi gösterebileceği değerlendirilmektedir. Alkali pH koşullarının genel olarak leke giderimini desteklediğini; bu etkinin ise indirgeme ajanlarının performansı üzerinde pH’a bağlı değişimlerle ilişkili olabileceğini göstermektedir. (Şekil 3)
Kan lekesinin çıkarılmasında sıcaklığın etkisi çalışıldığında, 20°C’de yıkamanın 40°C ve 60°C’de yapılan yıkamaya kıyasla daha yüksek performans verdiğini göstermiştir. Bu durum, 60°C gibi yüksek sıcaklıklar, kan proteini olan hemoglobinin termal denatürasyonuna (pişmesine) neden olur. Bu denatürasyon, proteinin geri dönüşümsüz olarak katlanmasına ve kumaş liflerine kovalent bağlarla daha sıkı bir şekilde tutunmasına yol açar, bu da “lekenin sabitlenmesi” olarak bilinen duruma neden olur [3]. Bununla birlikte, sıcaklığın formülasyon bileşenlerinin (indirgeme ajanları ve yüzey aktif maddeler gibi) etkinliğini ve genel yıkama dinamiklerini etkileyebileceği göz önünde bulundurulmalıdır. Bu nedenle, 40–60°C koşullarında gözlenen performans düşüşü, hem leke bileşenlerindeki sıcaklığa bağlı değişimlerle hem de yıkama ortamının fizikokimyasal özelliklerindeki değişimlerle ilişkili olabilir. Düşük konsantrasyonlarda sodyum klorür, su moleküllerinin hidrasyon yapısını değiştirerek, proteinlerin ve kir partiküllerinin yüzey aktif madde çözeltisinde hafifçe daha fazla çözünür hale gelmesini sağlayan “salting-in” (tuzla çözündürme) etkisine katkıda bulunmuştur. Protein yüzeyindeki yükler çevresinde iyonlar ile etkileşime girerek protein–protein çekim/itme dengesinin değişmesine neden olur; sonuç olarak agregasyon eğilimi azalabilir ve çözünürlük protein türüne göre değişiklik göstererek bir miktar artabilir [4]. Sonuç olarak; askorbik asit, alkali pH koşulları, daha düşük sıcaklıkta yıkama ve düşük düzey tuz ilavesi, incelenen deney koşullarında kan lekesi giderimini destekleyen başlıca parametreler olarak öne çıkmıştır. Bu bulguların, kan lekesi giderimine yönelik formülasyon geliştirme çalışmalarına deneysel bir temel sağlaması ve çok parametreli optimizasyon yaklaşımlarına katkı sunması beklenmektedir.
Kaynaklar
1- Thacker, C. R., et al. (2006). “The effect of cleaning agents on the DNA analysis of blood stains deposited on different substrates
2- Morgan, R., Oldfield, C., & Green, A. J. (2017). The efficacy of luminol in detecting bloodstains that have been washed with sodium percarbonate and exposed to environmental conditions. Forensic Science International, 273, 219–225.
3- Kurono, R., & Oya, M. (2013). Applicability of improved hemoglobin soiled fabric to bleaching test. Journal of the Japan Research Association for Textile End-Uses, 54(8), 50–57.
4- Maurer, R. W., Sandler, S. I., & Lenhoff, A. M. (2011). Salting-in characteristics of globular proteins. Biophysical Chemistry, 156(1), 72–78.
5- Giulivi, C., & Cadenas, E. (1993). The reaction of ascorbic acid with different heme iron redox states of myoglobin. Antioxidant and prooxidant aspects. FEBS Letters, 332(3), 287–290.
