BLOG

Tekstillere Antimikrobiyal Özellik Kazandırılması

1. Giriş
Tekstillere antimikrobiyal özellik kazandırılmasının amacı hem tekstil ürünlerini hem de bu ürünlerin kullanıcılarını mikrobiyal saldırılar sonucunda oluşacak zararlardan korumaktır.
Antimikrobiyal tekstillerin istenen performansı göstermeleri için belli özelliklere sahip olmaları gerekmektedir.
• Antimikrobiyal tekstillerin insan ve çevre sağlığına zararlı olmamaları

• İstenmeyen mikroorganizmalara karşı seçici etkinliğe sahip olmaları

• Yıkama, kuru temizleme ve ısıl işlemlere karşı dayanıklı olmaları ,

• Uygulanan antimikrobiyal maddeler ve uygulama yöntemleri tekstil mamullerinin tutum, görünüm ve mukavemet gibi kalite özelliklerini etkilememeli ,

• Tekstil malzemelerinin daha sonra göreceği üretim ve bitim işlemlerine uygun olmalı ,

• Sterilizasyon işlemlerine karşı dayanıklı olmalı ,

• Vücut sıvılarına karşı dayanıklı olmalıdır. Antimikrobiyal tekstiller, günümüzde tıp ve hijyen uygulamalarında, gaz ve sıvı filtrelerinde, yapı malzemelerinde, otomobil sektöründe, ayakkabı ve giyim sanayinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

2.Tekstil Malzemelerine Antimikrobiyal Özellik Kazandırılması
Tekstil malzemelerine antimikrobiyal özellik kazandırılması üç şekilde mümkündür.
1) Tekstil malzemelerinin üretiminde yapısı itibariyle antimikrobiyal özelliğe sahip liflerin kullanılması ile antimikrobiyallik sağlanması
2) Tekstil malzemelerinin üretiminde kullanılan liflere lif çekimi esnasında antimikrobiyal özellik kazandırılması
3) Tekstil malzemelerine bitim işlemleri sırasında antimikrobiyal özellik kazandırılması

2.1.Yapısı itibariyle antimikrobiyal özelliğe sahip lifler
Kitosan, kitin ve bambu lifleri bilinen ve yaygın olarak kullanılan kendi kimyasal yapılarından dolayı antimikrobiyal özelliğe sahip olan liflerdir. Bu lifler içerdikleri antimikrobiyal maddeler ya da yüzey özellikleri vasıtasıyla mikroorganizmaları etkisiz hale getirdikleri düşünülmektedir.

2.1.1.Bambu Lifleri
Yüksek orandaki selüloz içeriğinden dolayı kağıt sektöründe 1700’lü yıllardan itibaren kullanılan bambu lifleri tekstil sektöründe yeni kullanılmaya başlanmıştır. Bambu liflerinin tekstil sektöründe kullanılmaya başlanması, hem rejenere hem de doğal lif üretimi için yeni bir alternatifin ortaya çıkmasına sebep olmuştur. Bambu liflerinin üretimi üç aşamadan oluşmaktadır. İlk olarak bambu belli bir basınca maruz bırakılıp kabaca ezilmektedir. İkinci aşamada ezilen bambu, liflere ayrılmakta ve üçüncü aşamada da bambu lifleri ince kabuklarından ayrıştırılmaktadır. Elde edilen bambu lifleri düşük hızda, düşük kohezyonda, uygun çekimde iplik haline getirilmektedir. Bambu liflerinin temel bileşenleri selüloz, yarı selüloz ve lignindir. Bu üç maddenin de yapı taşı dekstrozdur ve bambu lifinin %90’ı dekstrozdan oluşmaktadır. Bambu lifleri ayrıca yapılarında protein, yağ, meyve özü ve bambu kun adı verilen doğal antimikrobiyal maddeyi de içermektedir. Bambu lifleri düşük yoğunlukları, yüksek mukavemet ve dayanım özelliklerine rağmen asitlere karşı oldukça hassastırlar. Doğal ve sentetik liflerle her oranda karıştırılabilmektedirler. Doğal bambu liflerinden elde edilen tekstil ürünleri mükemmel nem absorbsiyon kabiliyetleri ve yüksek hava geçirgenlikleri sayesinde giyim sanayinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bambu ürünleri giysi ve ev tekstili dışında jeotekstillerde, endüstriyel ve tıbbi tekstillerde de kullanılmaya başlanmıştır .

2.1.2.Kitin ve kitosan lifleri
Kitin ve kitosan böcek ve kabuklu deniz canlılarının kabuklarından elde edilen doğal ve zehirsiz biyopolimerlerdir. Kitosan kitinin deasetile edilmesi sonucu elde edilmektedir. Hem kitosan hem de kitin lif üretiminde kullanılabilmektedir. Her iki polimerden lif üretimi yaş çekim yöntemine göre yapılmaktadır. Bu yöntemde kitin ve kitosanlar uygun çözücülerde çözülmekte ve elde edilen çözelti süzülerek lif çekim banyosu içinde düzelerden çekilerek lif haline gelmesi sağlanmaktadır. Üretilen lifler belli bir gerilim altında yıkama ve kurutma işlemlerine tabi tutulmaktadır. Kitosan liflerin üretiminde çözücü olarak genellikle seyreltik asetik asit, dikloroasetik asit ya da üre asetik asit karışımı kullanılırken kitin liflerinin üretiminde ise derişik sülfürik asit, derişik hidroklorik asit, lityum tiyosiyonat, kitin ksantogenat kullanılmaktadır. Çekim banyoları da farklılık göstermektedir. Kitosan liflerin üretiminde genellikle seyreltik sodyum hidroksit kullanılırken, kitin liflerinin üretimimde ise sodyum hidroksit yanında aseton etanol ya da çeşitli karışımlar çekim banyosu olarak kullanılmaktadır. Kitin ve kitosan liflerinin özellikleri üretim şekillerinden etkilenmekle birlikte tipik kitin ve kitosan liflerin mekanik özellikleri viskoz rayon liflerine benzemektedir. Yarı kristalin yapıda olan bu liflerin ısıl özellikleri de selüloz liflerine benzemektedir. Bu lifler belli bir sıcaklığın üzerinde erimeden bozunmaktadırlar. Kitin ve kitosan lifleri antimikrobiyal, yara iyileştirici ve kan tutucu özelliklerinden dolayı süttürler, sargı bezleri gibi tıbbı uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kitin ve kitosanın antimikrobiyal etkinliği temelde polikatyonik özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Yapılarında bulunan pozitif yüklü amino grupları negatif yüklü bakteri yüzeylerine bağlanarak bakterilerinin hücre geçirgenliğini artırmaktadır. Hücre geçirgenliği artan bakteri etkisiz hale gelmektedir. Kitin ve kitosanın antimikrobiyal etkinliği, ortalama molekül ağırlığına, deasetilasyon derecesine ve yapısındaki proton eklenen ve eklenmeyen amino grupları arasındaki orana bağlı olarak değişmektedir.

2.2. Antimikrobial Lif Üretimi
Liflere antimikrobiyal özellik kazandırılması uygun antimikrobiyal maddelerin lifin yapısına katılması ile mümkündür. Liflere antimikrobiyal maddelerin katılması işlemi lif üretiminin polimerizasyon aşamasında ya da lif çekim aşamasında yapılabilmektedir.

2.2.1. Polimerizasyon aşamasında liflere amtimikrobiyal özellik kazandırılması
Polimerizasyon aşamasında lif çekilecek polimerlerin organik ya da inorganik antimikrobiyal maddeler kullanılarak antimikrobiyal hale getirilmesi pahalı bir yöntem olduğu için yaygın olarak kullanılmamaktadır.

2.2.2. Eriyikten çekim sırasında liflere antimikrobiyal özellik kazandırılması
Sentetik lifler için en yaygın kullanılan yöntem antimikrobiyal maddelerin lif çekimi sırasında lif çekilecek polimere eklenmesi yöntemidir. Bu yöntem eriyikten lif çekimi metotlarında kullanıldığı gibi elektro çekim yönteminde
de kullanılmaktadır. Bu yöntemle üretilen liflerin antimikrobiyal etkinliği daha kalıcı, yıkama ve aşınma dayanımları daha yüksek olmaktadır. Antimikrobiyal maddelerin lif çekim işlerinde kullanılabilmesi için bazı özelliklere sahip olması gerekmektedir .
• Lifin çekiminde kullanılan polimer ile tepkime vermemeli ,

• Üretilen liflerin özelliklerini olumsuz yönde etkilememeli ,

• Yüksek sıcaklığa dayanıklı olmalı ,

• Çözücüdeki veya çekim banyosundaki kimyasallara karşı dayanıklı olmalı ,

• Liflere uygulanan boyama ve bitim işlemlerine etki etmemeli ,

• Liflere uygulanan bitim ve boyama işlemlerinden etkilenmemelidir.

Eriyikten lif çekiminde antimikrobiyal maddeler ile polimer tanecikler uygun bir karıştırma hızında çalışan ve önceden polimerin çekim sıcaklığına ısıtılmış ekstrüdere birlikte beslenmektedir. Besleme işleminden sonra polimer ve antimikrobiyal maddeler belli bir süre karıştırma işlemine tabi tutulmaktadır.

Bu karıştırma işlemi antimikrobiyal maddelerin polimer içinde homojen dağılması açısından önemlidir. Eğer antimikrobiyal maddeler polimer içerisinde yeterli seviyede homojen dağılım göstermezlerse elde edilen liflerin mukavemeti ve antimikrobiyal özellikleri istenen düzeylerde olmamaktadır. Bu tür kompozit lifler üretilirken homojen yapılar elde etmek için genellikle aynı ya da ters yöne dönen çift vidalı ekstrüderler kullanılmaktadır. Çift vidalı ekstrüderler polimer içinde antimikrobiyal maddelerin topaklanmalarını engellerken besleme aşamasında oluşan topakları da kırarak daha düzgün dağılmaların elde edilmesini sağlamaktadır. Bu karıştırma işlemi üretilen son ürünün özellikleri açısından çok önemlidir. Karıştırma süresi ve hızı doğru belirlenmelidir. Karıştırma işlemi antimikrobiyal maddelerin topak oluşturmasını engelleyebilecek ve önceden oluşan topaklarını kırabilecek kesme kuvvetlerinin oluşmasını sağlayacak hızlarda ve kullanılan polimerlerin bozunmasına olanak vermeyecek kadar kısa süre de yapılmalıdır.

Lif çekimi sırasında liflere antimikrobiyal özellik kazandırılması ile ilgili birçok çalışma bulunmaktadır. Kalyon ve Olgun yaptıkları çalışmada eriyikten lif çekme metoduna göre triklosanı polimerlerle karıştırarak ürettikleri kompozitlerin Gram pozitif ve Gram negatif bakterilere karşı antimikrobiyal etkinlik gösterdiğini saptanmışlardır.
Eriyikten çekim metodunda geleneksel antimikrobiyaller kullanılabileceği gibi metal ve metal oksit tozlarıda yüksek sıcaklık ve kimyasal dayanımları dolayısıyla lif çekim işlemlerinde kullanılabilmektedir. Damm ve arkadaşları eriyikten lif çekim metodunu kullanarak gümüş nano ve mikro tanecikler içeren poliamid 6 kompozitler üretmişlerdir. Ürettikleri nano- ve mikrokompozitlerin antimikrobiyal etkinliklerini karşılaştırmış ve nanokompozitlerin daha etkin olduğunu saptamışlardır. Yine Damerchely ve arkadaşları da eriyikten lif çekme metodunu kullanarak naylon 6 ve gümüş nanotanecikleri farklı oranlarda ekstrüderde karıştırmış ve nanokompozit multifilamanlar üretmişlerdir. Elde ettikleri filamanların Gram pozitif ve Gram negatif bakterilere karşı etkin olduğunu saptanmışlardır.

2.2.3. Elektro çekim sırasında liflere antimikrobiyallik kazandırılması
Antimikrobiyal lif eldesinde kullanılan bir diğer yöntemde elektro çekim (electrospining) yöntemidir. Bu yöntemde uygun çözücüde çözünen ya da uygun sıcaklıkta eritilen polimerler ile antimikrobiyal maddeler karıştırılarak lif çekim çözeltileri hazırlanmakta ve hazırlanan çekim çözeltileri çapları mikrometreden küçük düzelerden geçirilerek elektrik alan içerisinde yönlendirilip nanolif tülbentleri şeklinde toplayıcı yüzeyde biriktirilmektedir .
Son zamanlarda antimikrobiyal nanolif üretimi ile ilgili birçok çalışma yapılmaktadır.
Tan ve Obendorf, yaptıkları çalışmada üç farklı N-halamin kullanılarak poliamid 6 membranları üretmişler ve bu membranların özellikleri ile antimikrobiyal etkinliklerini test etmişlerdir. Yapılan testler sonucunda üretilen membranların kısa temas sürelerinde bile Gram pozitif ve Gram negatif bakterilere karşı antimikrobiyal etkinlik gösterdiklerini saptanmışlardır. Yapıya katılan N-halaminlerin membranların mekanik özelliklerini etkilemediğini ancak poliamid 6 matrisin kristalin yapısını değiştirdiğini de belirlemişlerdir.

Son ve arkadaşları AgNO3 ve selüloz asetatı seyreltik asetonda çözerek elde ettikleri selüloz asetat/Ag nanoliflerin hem Gram negatif hem de Gram pozitif bakterilere karşı güçlü bir antimikrobiyal etkinliğe sahip olduğunu bulmuşlardır.
Elektro çekim yönteminde nano boyutlu antimikrobiyal maddelerde rahatlıkla kullanılabilmektedir. Örneğin Duan ve meslektaşları poli(-Kaprolakton) ve gümüş yüklü zirkonyumfosfat nanotanecikleri kullanarak nanolifler üretmiş ve bunların antimikrobiyal etkinliğini kanıtlamışlardır [21]. Benzer şekilde Lee ve arkadaşları, ZnO nanotanecikler içeren antimikrobiyal poliüretan nanolifler üretmişlerdir.

2.3. Antimikrobiyal bitim işlemleri
Antimikrobiyal bitim işlemleri sayesinde lif, iplik, kumaş ya da son mamul tüm tekstil materyallerine antimikrobiyal özellik kazandırmak mümkündür.  Antimikrobiyal bitim işlemleri sırasında apre banyoları içinde çözülmüş haldeki antimikrobiyal maddeler daldırma, fularlama-kurutma, spreyleme veya köpük yöntemlerinden biri kullanılarak tekstil mamullerine aktarılmaktadır.  Ayrıca tekstil mamullerine yüzey kaplama metodu kullanılarak da antimikrobiyal
özellik kazandırmak mümkündür.  Antimikrobiyal bitim işlemleri üç temel gruba ayrılmaktadır .
• Biyo-bozunmaya dayanıklı bitimler: Uzun ve kısa vadeli antimikrobiyal koruma sağlayarak malzemelerin bozunmalarını yani çürümelerini önleyen bitimler bu gruba girmektedir.

• Hijyenik bitimler: Enfeksiyon kontrolü sağlamak amacıyla patojen (hastalık yapıcı) bakterileri uzaklaştırmak için kullanılan bitimlerdir.

• Estetik bitimler: Tekstil malzemelerini solma, lekelenme ve istenmeyen kokulara karşı koruyan bitimlerdir. Tekstil malzemelerine uygulanacak bitim işlemlerine karar verirken mekanik ve ısıl şartlar dikkate alınmalıdır. Antimikrobiyal bitim işlemlerinde kullanılan bitim kimyasallarının bazı özelliklere sahip olması gerekmektedir.

• Yıkama, kuru temizleme ve sıcak pres işlemlerine karşı dayanıklı olmalı

•İstenmeyen mikroorganizmalara karşı seçici etkinliğe sahip olmalı

• Üreticilere, kullanıcılara ve çevreye karşı zararlı etkiye sahip olmamalı

•Kimyasal işlemlere uygun olmalı

• Uygulanması kolay olmalı

• Kumaş kalitesini olumsuz yönde etkilememeli

• Vücut sıvılarına karşı dayanıklı olmalı

• Sterilizasyon işlemlerine karşı dayanıklı olmalıdır.
Bitim işlemleri yaygın olarak kullanılmalarına rağmen uzun vadede kalıcılıkları düşüktür. Antimikrobiyal bitim işlemlerinin kalıcılığını artırmak için bağlayıcı ya da çapraz bağ yapıcı maddeler kullanmak, antimikrobiyal maddeleri lif matrisleri içine kapsüllemek, lif, iplik ya da kumaş yüzeyini  kaplamak, liflerin kimyasal yapısını kovalent bağ oluşumuna olanak sağlayacak şekilde modifiye etmek gibi çeşitli yöntemler geliştirilmiştir.

3. Antimikrobiyal tekstillerin kullanım alanları
Antimikrobiyal tekstiller tekstil endüstrisinin en önemli ve hızlı gelişen kollarından biridir. Antimikrobiyal tekstillerin
geliştirilmesine antimikrobiyal liflerin geliştirilmesi ile başlanmıştır. Günümüzde de farklı firmalar tarafından farklı ticari isimlerle üretilen çok sayıda antimikrobiyal lif bulunmaktadır.

Antimikrobiyal tekstiller, çadır, tente halat gibi küf ve mantara karşı koruma gerektiren dış mekan tekstilleri ile halı, döşemelik kumaş, banyo perdesi gibi ev tekstillerinde , çorap iç giyim ve spor giysileri gibi giyim ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda özel amaçlı sargı bezleri ve ameliyat ipliklerinde de antimikrobiyal tekstiller yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır.

4.Tekstil malzemelerinin antimikrobiyal özellik tespiti
Tekstil mamüllerinin antimikrobiyal etkinliğini belirlenmesi için çok çeşitli test metotları mevcuttur.

4.1.Agar difüzyon testi
Agar difüzyon testi uygulama kolaylığı, düşük maliyeti, hem mantar hem de bakterilerin test mikroorganizması olarak kullanılabilmesi, her çeşit tekstil mamülünün bu teste tabi tutulabilmesi dolasıyla en çok tercih edilen test yöntemlerinden biridir. Test prosedürü beş temel basamaktan oluşmaktadır.
• Bakteri (mantar) kültürü 24 saat 37oC’de besi ortamında tutulup seyreltilip 150ml’lik bakteri çözeltisi oluşturulmaktadır.

•Bakteri çözeltisinden 5 ml alınıp agar tabağına konmaktadır.

• 25 mm çapındaki numuneler hazırlanıp, sterilize edilip agar tabağına yerleştirilmektedir.

• Bu agar tabağı bakteriler için 37oC’de 18-24 saat, mantarlar içinse 28oC’de 3-14 gün kuluçkaya (inkübasyona) bırakılmaktadır. (Kesin kuluçka süreleri bakteri ve mantar tipine göre değişmektedir.)

• Kuluçka evresinden sonra numunelerin etrafında görülen temiz önleme bölgesini oluşturan minimum antimikrobiyal madde konsantrasyonu (MIC) ya da halo (zon) denen temiz önleme bölgesinin mm cinsinden çapı ölçülerek veya kontrol numunesi ile karşılaştırılarak numunelerin  antimikrobiyal etkinliği tespit edilmektedir .

Bu metodun tekstil uygulamalarında en yaygın kullanımı AATCC 147 standardında belirtilen tarzdadır.
AATCC 147 paralel çizgi metodunda, önceden hazırlanmış olan bakteri konsantrasyonlarından öze yardımıyla alınan bakteri çözeltisi ile agar üzerinde sabit aralıklarla beş paralel çizgi çizilmektedir. Daha sonra numuneler agar üzerine bu çizgilerle temas edecek şekilde yerleştirilmekte ve 37°C sıcaklıkta 24 saat inkübe edilmektedir. İnkübasyondan sonra numuneler aynı şekilde test edilen kontrol numuneleri ile karşılaştırılarak antimikrobiyal etkinlikleri nitel olarak belirlenmektedir.

4.2. Sayma testi
En yaygın kullanılan bir diğer test metodu da sayma testidir. Antimikrobiyal bitim işlemi görmüş tekstil ürünlerinin antimikrobiyal etkinlik derecesini nicel olarak ölçmede kullanılmaktadır. Test prosedürü genel olarak beş basamaktan
oluşmaktadır.
• Biri kontrol grubu, diğeri test grubu olmak üzere 40 mm çapında iki adet test numunesi hazırlanmaktadır.

• Test numuneleri sterilize edilmektedir.

• 104-106 CFU/ml (CFU : koloniyi oluşturan birim sayısı)’lik bakteri kültürü test numunelerine aşılanmaktadır.

•Aşılamanın hemen ardından ilk bakteri sayımı mikroskop ile gerçekleştirilmekte ve böylece başlangıçtaki bakteri miktarı elde edilmektedir.

• 6, 12, 18 ve 24 saatlik kuluçka evrelerinden sonra bakteri sayımı tekrarlanarak bakteri miktarındaki değişim belirlenmektedir. Test numunesinde kuluçka evrelerinden sonra bakteri miktarında belirgin bir azalma olması kullanılan antimikrobiyal maddenin bakteriyosit etkisi olduğunu gösterirken, bakteri miktarında belirgin bir artış ya da azalmanın olmaması bakteriyostatik etkisi olduğunu göstermektedir.

Tekstil uygulamalarında en yaygın kullanılan sayma testleri AATCC 100 ve ASTM E 2149 standartlarına göre uygulanan test metotlarıdır. AATCC 100 test metodunda test numuneleri işlem görmemiş kontrol numunesi ve antimikrobiyal etkisinden emin olunan kontrol numunesi ile beraber test edilmektedir. Bu test metodunda numuneler 105 CFU/ml yoğunluğundaki bakteri çözeltisinin 1 ml’si ile ıslatılmakta ve ıslatılan numune daha sonra nötralizasyon çözeltisi içine atılarak, karıştırılmaktadır. Nötralizasyon çözeltisi belli oranlarda seyreltilerek agarlar üzerine ekilmektedir.
Ekim yapılan tüm agarlar 37oC’de 48 saat etüvde kuluçkaya bırakılmaktadır.

ASTM E 2149 standardına göre yapılan testlerde ASTM tampon çözeltisi içine bakteri ekimi yapılmakta ve numuneler yerleştirilmektedir. İçinde numune bulunan tampon çözeltinin başlangıç anında 1ml’si alınıp belirli oranlarda seyreltilip
farklı agarlara ekim yapılmaktadır. Ekim yapılan agarlar 37oC 24 saat kuluçkaya bırakıldıktan sonra agarlardaki
bakteri miktarları sayılmaktadır. Aynı işlemler numune şişeleri kullanılan antimikrobiyal maddenin etkinliğine göre 1 ya da 24 saat 37o C’de çalkalamalı inkübatörde çalkalandıktan sonra tekrarlanmaktadır.

Sayma testleri ile numunelerin antimikrobiyal etkinlikleri sayısal büyüklükler şekilde ifade edilebilmektedir. Ancak sayma yöntemleri ile agar difüzyon yöntemleri kıyaslandığında sayma yöntemlerinin uygulama zorluğu, yüksek
maliyeti ve daha fazla süre gerektirmesi gibi dezavantajları olduğu görülmektedir.

4.3.Gömme testi
Bu yöntem genelde mantarları için tercih edilmektedir. 20 numune 28 gün süreyle toprağa gömülmekte ve 28 günün sonunda ağırlık kayıpları ya da mukavemet kayıpları ölçülmektedir.