Antibakteriyel polikaprolakton-hidroksiapatit kompozit filmlerin üretimi

Abstract

Antibakteriyel ajanlara karşı dirençli patojen mikroorganizmaların gelişmesi çeşitli enfeksiyon hastalıklarının tedavisini zorlaştırmaktadır. Bu yüzden yeni, güvenilir ve uygun maliyetli antimikrobiyal malzemelerin geliştirilmesi, kontamine malzemelerin yüzeylerinde mikroorganizmaların kolonizasyonunun önlenmesi yönünden büyük teknolojik öneme sahiptir. Bu çalışmanın amacı, farklı medikal uygulamalar için yeni antimikrobiyal biyopolimer yüzeylerin geliştirilmesidir. Bu amaçla antibakteriyel polikaprolakton (PCL)-hidroksiapatit (HAP)-nanogümüş kompozit filmlerin üretilmesi hedeflenmiştir. Bu çalışmada nano Ag-HAP-PCL kompozit filmler roll milling metodu kullanılarak üretilmiştir. İlk aşamada bilinen hazırlama teknikleri kullanılarak HAP partiküllerinin sentezi yapılmıştır. İkinci aşamada indirgeyici ajan olarak poli(dimetilsiloksan) (PDMS) kullanılarak HAP tozunun nanogümüş ile kaplanması gerçekleştirilmiştir. Üçüncü aşamada nanogümüş kaplı hidroksiapatit tozlar eritilmiş polikaprolaktona ilave edilerek karıştırılmış ve kompozit karışım roll mill kullanılarak tek aşamada ince film haline getirilmiştir. Nano Ag-HAP tozlarının karakterizasyonu XRD, SEM, TEM, ICP-OES, UV-vis. ve FTIR analizleri ile yapılmıştır. Benzer şekilde nano Ag-HAP-PCL kompozit filmlerinin karakterizasyonu SEM, UV-vis. ve FTIR analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Son aşamada kompozit filmlerin Staphylococcus aureus ATCC 29213, Escherichia coli ATCC 25922 ve Staphylococcus epidermidis ATCC 12228 üzerindeki antibakteriyel aktivitesi plate counting metodu kullanılarak belirlenmiştir. Nanogümüş kaplı hidroksiapatit tozların yüzeyinin TEM analizinde nanogümüş partiküllerinin büyüklüğünün yaklaşık 0-30 nm olduğu gözlenmiştir. %0,07-1,90 Ag içeren nano Ag-HAP-PCL kompozit filmler, nano Ag-HAP'ın %30 oranında polikaprolaktona karıştırılması ile hazırlanmıştır. Kompozit filmlerin kalınlığı yaklaşık 0,25 mm olarak ölçülmüştür. %4,3 ve %6,36 Ag katkılı nano Ag-HAP içeren kompozit filmler (%1,28 Ag ve %1,90 Ag), Staphylococcus aureus ATCC 29213, Escherichia coli ATCC 25922 ve Staphylococcus epidermidis ATCC 12228 üzerinde %100 antibakteriyel aktivite göstermiştir. %0,46 Ag ve %0,24 Ag katkılı nano Ag-HAP içeren kompozit filmler (%0,13 Ag ve %0,07 Ag) Escherichia coli ATCC 25922 üzerinde %100 antibakteriyel aktivite, Staphylococcus aureus ATCC 29213 üzerinde %0 antibakteriyel aktivite ve Staphylococcus epidermidis ATCC 12228 üzerinde %99 antibakteriyel aktivite göstermiştir. Sonuç olarak, HAP-PCL kompozit filmlerde %0,1 nano Ag kullanımı, E. coli ve S. epidermidis üzerinde etkili antibakteriyel yüzey sağlamıştır. Diğer yandan HAP-PCL kompozit filmlerde %1,0-2,0 nano Ag kullanımı, E. coli, S. aureus ve S. epidermidis üzerinde %100 antibakteriyel etkinlik göstermiştir. Anahtar kelimeler: Antibakteriyel Kompozit, Biyopolimer Film, Hidroksiapatit, Nanogümüş, Polikaprolakton

The formation of the resistant patogen microorganisms against the antimicrobial agents complicates the treatment of various infectious diseases. Therefore, the development of new, reliable and the cost effective antimicrobial materials has a great technological importance for preventing the colonization of microorganisms on the surfaces of the contaminated materials. The aim of this study is the development of new antimicrobial biopolymer surfaces for different medical applications. For this purpose, the production of antibacterial polycaprolactone (PCL) - hydroxyapatite (HAP) - nanosilver composite films has been investigated. In this study, nano Ag-HAP-PCL composite films were produced by using the roll milling method. First, the synthesis of HAP particles was performed using a classical preparation methods. In the second step, the nanosilver coating of HAP powder has been carried out using poly(dimethylsiloxane) (PDMS) as the reducing agent. In the third step, the nanosilver coated hydroxyapatite powders were incorporated into the polycaprolactone in the melted form and the composite mixture was roll milled into the thin film form in one step. The characterizations of nano Ag-HAP powders have been studied by XRD, SEM, TEM, ICP-OES, UV-vis. and FTIR analysis. Similarly, the nano Ag-HAP-PCL composite films was also analyzed by SEM, UV-vis. and FTIR. Finally, the antibacterial activity of this composite films was determined by the plate counting method against Staphylococcus aureus ATCC 29213, Escherichia coli ATCC 25922 and Staphylococcus epidermidis ATCC 12228. The TEM analysis of the surface of the nanosilver coated hydroxyapatite powders showed that the size of the nanosilver particles was about 0-30 nm. Nano Ag-HAP-PCL composite films containing 0.07-1.90% Ag were prepared by incorporating nano Ag-HAP (30%) into the polycaprolactone. The thickness of the composite films was measured as aproximately 0.25 mm. The composite films (1.28% Ag and 1.90% Ag) that have contained 4.3% Ag and 6.36% Ag nano Ag-HAP showed 100% antibacterial activity against Staphylococcus aureus ATCC 29213, Escherichia coli ATCC 25922 and Staphylococcus epidermidis ATCC 12228. The composite films (0.13% Ag and 0.07% Ag) that have contained 0.46% Ag and 0.24% Ag nano Ag-HAP showed 100% antibacterial activity against Escherichia coli ATCC 25922, 0% antibacterial activity against Staphylococcus aureus ATCC 29213 and 99% antibacterial activity against Staphylococcus epidermidis ATCC 12228. In conclusion, the use of 0.1% nano Ag in HAP-PCL composite films provided an effective antibacterial surface against E. coli and S. epidermidis. On the other hand the use of 1.0-2.0% nano Ag in HAP-PCL composite films provided 100% antibacterial effectiveness against E. coli, S. aureus and S. epidermidis. Keywords: Antibacterial Composite, Biopolymer Film, Hydroxyapatite, Nanosilver, Polycaprolactone