Kendi Kendini Sterilize Eden Polimerler Nelerdir?

Doğası gereği biyosidal yüzeyler kullanılarak temas halinde patojenleri inaktive etme yeteneği, kontamine yüzeyler yoluyla yüksek patojen bulaşma riski olan sağlık endüstrisinde, toplu taşımada ve diğer sektörlerde zararlı mikroorganizmaların yayılmasını kontrol etmek için en son stratejilerin bazılarının merkezinde yer almaktadır.

Günümüzde bulaşıcı hastalıklar, kalp hastalıklarından sonra küresel olarak ikinci önce gelen ölüm nedenidir.

Geleneksel olarak, hastalığa neden olan ajanların yayılmasını azaltmak için en yaygın stratejiler kimyasal dezenfektanlara (çamaşır suyu, hidrojen peroksit ve deterjanlar gibi) veya tekrarlayan radyasyona (UV ışığı) maruz kalmaya dayanır. Bununla birlikte, her iki yaklaşım da yüzeye zarar verebilir, çevreyi olumsuz etkileyebilir veya ek sağlık sorunları ortaya çıkabilir.

Özellikle antibiyotiklerin ve dezenfektanların kontrolsüz kullanımı, çevre kirliliği ve ilaca dirençli patojenlerin ortaya çıkmasına neden olmuştur.

Etkili Bulaşmayı Önlemek için Doğası Gereği Antimikrobiyal Yüzeyler

Biyosidal özelliklere sahip yeni işlevselleştirilmiş malzemeler ve kaplamaların geliştirilmesi; bakteriyel, viral, fungal üremeyi ve çoğalmayı önleyebilen alternatif bir yaklaşım sunar.

Tasarlanmış biyosidal malzemelerin çoğu, bir polimer substrata tutturulmuş ya da bir polimer matriks içine gömülmüş metal (gümüş ya da bakır) ya da metal oksit (ZnO ya da TiO₂) nanopartiküller kullanır.

Nanopartiküllerden salınan metal iyonları, bakteri hücre duvarındaki sülfür içeren proteinlerle etkileşime girerek, hücre solunum zinciri boyunca iyon taşınmasına müdahale edebilir ya da hücre işlev bozukluğuna neden olabilir. UV ışıması ve nem altında bazı metal nanopartiküller (TiO₂ gibi) yüksek derecede reaktif serbest radikal türleri üretirler. Tüm bu mekanizmalar mikroorganizmaların ölümüne neden olabilir ve antimikrobiyal uygulamalarda giderek artan bir kullanım alanı bulmaktadır.

Bununla birlikte metal nanopartiküllerin üretimi pahalıdır ve nanoölçekli metalin çevreye sızması ve besin zinciri ve doğal ortamı kirletme olasılığı vardır.

Antimikrobiyal Malzemelerin Cephaneliğini Genişletmek

ABD’de North Carolina State Üniversitesi’ nden (NCSU) malzeme bilimcileri, Kraton Şirketi ve Boston Üniversitesi’ nden meslektaşlarıyla birlikte COVID-19 hastalığına neden olan virüs SARS-CoV-2 de dahil olmak üzere, mikroorganizmaları etkili bir şekilde inaktive eden (etkisizleştiren) yeni bir kendi kendini sterilize eden polimer geliştirdiler.

Polimerin antimikrobiyal özellikleri, onun eşsiz moleküler yapısından kaynaklanmaktadır. Bu polimer, anyonik çok bloklu-kopolimer olarak adlandırılan bir malzeme sınıfına aittir ve birbirine bağlı farklı kimyasal özelliklere sahip uzun makromoleküler zincirlerden meydana gelir.

Kendi Kendini Sterilize Eden Fonksiyonellştirilmiş (İşlevselleştirilmiş) Kopolimerler

Bu tür makromoleküler düzenlemeler polimer zincirini oluşturan blok arasındaki termodinamik uyumsuzluk nedeniyle kendiliğinde çok yönlü nanoyapılı malzemeler halinde bir araya gelebilirler. ABD, Texas Houston merkezli önde gelen global bir özel polimer üreticisi olan Kraton Şirketi ile işbirliğinde olan NCSU, Kimya&Biyomoleküler Mühendisliği Bölümü’ nden Profesör Richard Spontak’ ın araştırma grubu, ilk olarak suyun tuzdan arındırılması ve yakıt hücresi teknolojisi için nanoyapılı membranlar olarak çeşitli sülfonatlı blok-kopolimerlerin potansiyel uygulamalarını araştırdılar.

Araştırılan kopolimerlerden biri, TESET olarak bilinen (5 ayrı bloktan oluşan) bir pentablok-kopolimerdi. Orta blok sülfonik asitle (sülfür içeren organik asit) kimyasal olarak işlevselleştirildi.

Eşsiz yapıları nedeniyle, ortablok-sülfonatlı blok-kopolimer, polimer tabakası boyunca iyonların ya da su gibi polar sıvıların taşınmasına olanak verirken güçlü bir moleküler ağ sağlayabilir.

TESET ortamdaki suyu absorbladığında, hidratlı sülfonik asit grupları nanoyapılı polimer ağdan geçebilen ve malzemenin yüzeyindeki pH’ ı büyük ölçüde düşürebilen protonları serbest bırakır.

Düşük pH’ lı asidik ortamlarda birçok mikroorganizma bulunabilmesine rağmen, dış koşullardan bağımsız olarak nötr bir iç pH sağlamaları gerekir. Yeterince sert ve ani bir pH değişikliği, polimerle temas halinde bulunan herhangi bir mikrobu etkisiz hale getirebilir veya öldürebilir.

İlaca Dirençli Patojenlerin Etkili İnaktivasyonu

Araştırmacılar, metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA), vankomisine dirençli Enterecoccus faecium ve kapbapeneme dirençli Acinetobacter baumannii ve bir grip virüsü türünü deiçeren pek çok patojen türüne karşı kendi kendini sterilize eden polimer test ettiler.

Profesör Spontak’ ın takımı, polimer zinciri boyunca sülfonik asit fonksiyonel gruplarının sayısını ayarlayarak TESET’ in biyosidal aktivitesinin kontrol edilebileceğini keşfettiler. Polimerin orta blok alkt birimlerinin %40’ ından fazlası sülfonik asitle işlevselleştirildiğinde polimer, bakteri türlerinin herbirinin %99,9999’ unu beş dakika içinde öldürdü.

Boston Üniversitesi’nin Ulusal Gelişen Bulaşıcı Hastalıklar Laboratuvarları Büyogüvenlik Seviye 4 Laboratuvarı’ nda yapılan ek testler, kendi kendini sterilize eden anyonik polimerlerin SARS-CoV-2’ yi hızla inaktive ederek viral etkinliği beş dakika içinde %99,9 oranında azaltabildiğini gösterdi. Polimerler, ayrıca soğuk algınlığı virüsü HCoV-229E’ yi 20 dakikada %99,998’ lik bir etkinlik azalmasıyla tamamen etkisiz hale getirebilir.

Kolayca Yenilenebilir Antimikrobiyal Özellikler

Polimerin antimikrobiyal özellikleri, sulu ortamda pozitif yüklü iyonlarla (katyonlar)etkileşime girdiğinde sülfonik asit grupları nötralize olduğundan, mikrobiyal süspansiyonlara aşamalı olarak maruz kalabilir.

Bununla birlikte bilim insanları, polimerlerin sülfonik asit gruplarından katyonları uzaklaştıran bir asit çözeltisine maruz bırakılarak tamamen yenilenebileceğini buldular.

Yüksek Temaslı Yüzeyler için Yeni bir Antimikrobiyal Polimer Sınıfı

Kendi kendini sterilize eden yeni polimer; sağlık hizmetlerinde, toplu taşıma araçlarında, medikal cihazlar ve cep telefonları gibi tüketici ürünlerinde çeşitli yüksek temas yüzeylerinde kaplama olarak kullanılabilir.

TESET ayrıca kişisel koruyucu ekipman, tekstiller ve ambalajlar için değiştirilebilir soy-ve-yapıştır film olarak da kullanılabilir.

Farklı sülfonasyon derecelerine sahip çeşitli TESET polimerler, BIAXAM markası altında Kraton Şirketi’ nden temin edilebilir. Krtaton, dayanıklı ve uzun ömürlü bir antimikrobiyal malzeme olarak BIAXAM’ ı sunmak için ABD çevre koruma Ajansı’ ndan yasal onay istiyor.

Kaynak: azom.com