منسوجات ضد میکروب

اصلاح ضدمیکروبی جلوگیری از رشد سریع باکتری ، قارچ و جلبک ها بر منسوجات می باشد. این منسوجات ضدمیکروب عاری از میکروب یا استریل نیستند، بلکه این منسوجات در اثر استفاده از یک یا چند ماده فعال قادر به جلوگیری از رشد میکروارگانیزم ها و یا از بین بردن آنها می باشند.
موادی ضدمیکروبی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:
۱- مواد بیواستاتیک یا متوقف کننده رشد باکتری (Bacteriostatic): این مواد با آمیـنواسیدهای زنجیره ی DNA در باکتری پیوند داده و مانع از تکثیر DNA و در نتیجه تکثیر باکتری شده و به این ترتیب سبب ثابت نگه داشته شدن تعداد باکتری های می شوند.
۲- مواد بیوسید یا باکتری کش (Bactericide): این مواد با ایجاد اختلال در سوخت و ساز (متابولیسم) باکتری و یا متوقف سازی کامل آن سبب مرگ باکتری می شوند. این مواد آنزیم های لازم و حیاتی در واکنش های زیستی را بی اثر می کنند.
اگر ماده ای تاثیر منفی بر حیات میکروارگانیزم ها داشته باشد، این ماده به عنوان ماده ضدمیکروب شناخته می شود. اصطلاح آنتی باکتریال (Antibacterial) یا آنتی میکوتیک (Antimycotic) به موادی گفته می شود که منجر به محدودیت فعالیت باکتری ها و قارچ ها می شوند.

تاریخچه منسوجات ضد میکروب
سالیان سال است که از منسوجات ضد میکروب جهت محافظت کالا و افراد در مقابل حملات میکروبی استفاده می شود. در طول جنگ جهانی دوم به دلیل استفاده گسترده از پارچه پنبه ای به عنوان چادر، برزنت و پوشش های وسایل نقلیه توجه به محافظت این منسوجات در مقابل میکروارگانیسم ها که باعث پوسیدگی آنها می شدند، باعث پیشرفت تکمیل های ضد میکروب شد. این مشکل در جنگ های اقیانوس جنوبی به خاطر وقوع این جنگها در جنگلها بیشتر نمود پیدا می کرد[۱]. اولین تکمیل ضد میکروب در طول جنگ جهانی دوم بر روی پارچه های پنبه ای انجام شد[۲]. در اوایل ۱۹۴۰ ارتش آمریکا اطلاعاتی را در خصوص قارچ ، مخمر و جلبک های موجود در منسوجات در مناطق استوایی و نیمه استوایی سراسر جهان جمع آوری کردند. پارچه های برزنت و دیگر پارچه های نظامی با مخلوطی از واکس های کلرینه شده، مس و نمکهای آنتیموان تکمیل شدند که هم باعث سفتی و شقی پارچه شده و هم به آنها بوی عجیبی می دادند. در آن زمان دانشمندان و محققان از مضرات تکمیل های ضد میکروب بر محیط زیست و سمی و آلوده بودن این مواد آگاه نبودند از اینرو تکمیل های ضد میکروب به سرعت رشد پیدا کردند.
بعد از جنگ جهانی دوم، از اواسط تا اواخر سال ۱۹۵۰، قارچ کش های مورد استفاده در پارچه های پنبه ای با نمک های ۸-هیدروکسی گیونولین، نفتنات مس، آمونیوم فلوراید مس و فنال های کلرینه شده ترکیب شدند. با اطلاع دولت و کارخانجات صنعتی از خطرات این ترکیبات، جستجو برای محصولات جایگزین بی خطر شروع شد. در این راستا در انیستیتو نساجی آمریکا با اصلاح شیمیایی پنبه، مقاومت آن را در مقابل پوسیدگی بهبود داده و همچنین با استیلاسیون و سیانواتیلاسیون دیگر خصوصیات پنبه را نیز بهبود بخشیدند ولیکن این عملیات به دلیل قیمت نسبتا بالا و کاهش استحکام پارچه در هنگام فرایند از طرف صنعت با اقبال عمومی روبرو نشد به علاوه با رشد الیاف بشر ساخته مانند نایلون، اکریلیک و پلی استر که مقاومت ذاتی در مقابل تخریب میکروب ها دارند باعث شد که این الیاف جایگزین پنبه در صنایع شوند[۱].

ضرورت منسوجات ضد میکروب
الیاف طبیعی، مانند پنبه و پشم نسبت به رشد میکروب و حتی ذرات گرد و غبار بسیار حساس می باشند زیرا این الیاف اکسیژن، آب و مواد مغذی را در خود نگه داشته که در نتیجه آن محیط مناسبی جهت رشد میکروارگانیسم ها خواهند بود[۲]. پروتئین ها در الیاف پروتئینی و کربوهیدرات ها در الیاف سلولزی می توانند به عنوان یک منبع غذایی برای رشد میکروارگانیسم ها محسوب شوند. الیاف مصنوعی نسبت به الیاف طبیعی به خاطر ماهیت غیر آبدوستیشان در مقابل حملات میکروارگانیسم ها مقاوم تر می باشند[۱].
منازل ما پر از وسایلی می باشد که میکروارگانیسم می توانند در آن زندگی و رشد کنند. تمام منسوجات خانگی محیط مناسبی برای رشد میکروارگانیسم ها می باشند. می توان میکروارگانیسم ها را در لباس های داخل جالباسی، پرده ها، فرش ها، تخت، حمام و منسوجات مورد استفاده
در آشپزخانه و حتی بالش ها و تشک ها یافت. بیشتر باکتریها روی پوست زندگی می کنند در حالیکه ذرات گرد و غبار روی سلول های مرده پوست انسان زندگی می کنند که می توانند بر روی ملحفه ها، حوله ها و لباس ها منتقل شوند. همانند خانه، یک بیمارستان نیز شامل مقادیر زیادی منسوجات می باشد به علاوه حجم زیادی از رفت و آمدها را نیز در بر دارد. به خاطر حرکت افراد، مخصوصاً افرادی با بیماریهای واگیردار، محققین بر روی ایجاد تکمیل های ضد میکروب مخصوصاً برای کاربردهای پزشکی متمرکز شده اند. بیمار، پرسنلی که در بیمارستان کار می کنند و همراهان بیمار، همه در معرض خطر ابتلاء به انواع بیماری می باشند. در حال حاضر منسوجات پزشکی مورد مصرف مانند دستکش ها، ماسکها و گان ها جهت محافظت اشخاص از خطر ابتلاء به پاتوژن های انتقالی از طریق هوا و ویروسهای انتقالی از طریق خون مانند ایدز و هپاتیت بی کافی نمی باشند. حتی محققان شیوع علائم تنفسی حاد را در بیمارستان ها ناشی از نامناسبی این پوشش های محافظ می دانند. اکثر این میکروارگانیسم ها از یک شخص به شخص دیگر توسط منسوجات مختلف منتقل می شوند. محققان در تحقیقات خود نشان داده اند که باکتریها قادر به زندگی روی پرده های بیمارستانی به مدت ۹۰ روز می باشند. آنها در تحقیقات خود ادعا کرده اند که هزینه ابتلائات حاصل از بیمارستان به ۵/۴ بیلیون دلار در هر سال می رسد. در دهه های اخیر تهدیدهای تروریستی یک مسئله مهم برای دولت ها در سراسر جهان به شمار می رود. اخیراً جنگ های بیولوژیکی مانند سیاه زخم توجهات بسیاری را هم از طرف افراد نظامی و هم افراد غیر نظامی جلب کرده است. لباسهای ورزشی و تفریحی باید راحتی بیشتری برای مصرف کننده به وجود آورند و همچنین انسجام فعالیت شخصی کاربر را حفظ کنند. کنترل بو یک نگرانی بزرگ برای این کاربرها می باشد. ماده غذایی متابولیسم میکروارگانیسم ها مانند عرق و لکه باعث ایجاد بو می شود که در این منسوجات به وفور یافت می شود. این قابلیت محیط واسطه ای را ایجاد می کند که باعث سوزش و حساسیت می شود. کنترل رطوبت یک مسئله اصلی در این گونه لباسها می باشد زیرا میکروارگانیسم ها فقط هنگامی که الیاف مرطوب باشند به آنها حمله می کنند. کنترل رطوبت به کنترل بو ارتباط دارد زیرا عرق سبب ایجاد بو می شود. وجود یک محیط مرطوب علاوه بر ایجاد بو باعث ایجاد کپک و در نتیجه ایجاد لکه و تغییر رنگ منسوج و در نهایت صدمه رساندن به منسوج خواهد شد[۲].

میکروارگانیسم ها
میکروارگانیسم ها کوچکترین موجودات زنده می باشند که با چشم غیر مسلح دیده نمی شوند. آنها به صورت تک سلولی با چند سلولی در سراسر جهان در آب و هوای بسیار سرد یا گرم یافت می شوند. میکروارگانیسم ها از طریق انتقال ژن تکثیر می یابند و تکثیر سریع آنها باعث به وجود آمدن کولنی هایی با سرعت های بسیار زیاد می شود که سطح وسیعی را به سرعت می پوشانند. رشد میکروارگانیسم ها بسته به محیطی که در آن رشد می کنند بسیار سریع می باشد. باکتری که باعث ایجاد بیماری می شود در هر ۱۸ تا ۳۸ دقیقه در C۳۷° دو برابر می شود. این سرعت به این معناست که بیلیون ها باکتری در کمتر از یک روز تولید می شوند. جدول ۱ زمان تکثیر را برای انواع مختلفی از باکتری ها نشان می دهد[۴].

یک ماده ضد باکتری مناسب باید از تکثیر باکتری در سرعتی بالاتر از سرعت تکثیر آنها ممانعت به عمل آورد. به طور کلی میکروارگانیسم ها شامل قارچ ها، باکتری ها، جلبکها و ویروس ها می باشند. یک میکروب زنده (مانند باکتری و قارچ) معمولاً از یک دیواره سلولی متشکل از پلی ساکاریدها با تشکیل شده است. این دیواره سلولی باعث استحکام اجزای سلولی شده و از سلول در مقابل محیط خارج آن محافظت می نماید. درست زیر دیواره سلولی یک غشاء نیمه تراوا وجود دارد که اندامک های درون سلولی را در بر می گیرد که حاوی هزاران آنزیم و اسیدهای نوکلئوتیک می باشد. آنزیم ها مسئول واکنش های شیمیایی که درون سلول اتفاق می افتد می باشند و اسیدهای نوکلئوتیک تمام اطلاعات ژنتیکی اندام ها را ذخیره می کنند. رشد میکروارگانیسم ها بستگی به استحکام سلولی و عمل هماهنگ تمام این اجزاء دارد[۳].
ساده ترین شکل میکروارگانیسم ها باکتری ها می باشند که به صورت تک سلولی بوده و تحت شرایط دما و حرارت به سرعت رشد می یابند و به دو نوع مضر و مفید تقسیم بندی می شوند. بعضی باکتری ها در شیر، پنیر و نوشیدنیها یافت می شوند در حالی که بعضی دیگر باعث بیماری در میزبان خود می شوند. باکتری به سطوح از طریق مکانیسم های متفاوت متصل می شود. در یک محیط مرطوب جذب یا دفع باکتری در سطح جامد توسط چندین نیرو انجام می گیرد. جذب باکتری در مسافت ۵۰ نانومتر از سطح جامد توسط نیروهای واندروالس صورت می گیرد. با نزدیک شدن باکتری به سطح جامد، سدی از آب به وجود می آید. سپس باکتری توسط برهم کنش های آبدوست این سد را از میان بر می دارد و در نتیجه آن، به سطح جامد نزدیک می شود. در محیط خشک باکتری از طریق بار به سطح جامد متصل می گردد که سطوح جامد عموماً دارای بار مثبت و باکتری دارای بار منفی می باشد[۴]. باکتری ها بر اساس شکل ساختارشان به دو دسته گرم منفی و گرم مثبت تقسیم بندی می شوند. در جدول ۲ تعدادی از باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی آورده شده است.

باکتری گرم مثبت و گرم منفی هر دو در دیواره سلولی خود شامل لایه پپتیدوگلایکان می باشند. با این تفاوت که در باکتری گرم مثبت خارجی ترین لایه می باشد و شامل چندین لایه از پپتیدوگلایکان می باشد ولیکن در باکتری گرم منفی این لایه توسط چندین لایه دیگر محافظت می شود و نسبت به باکتری گرم مثبت شامل لایه های کمتری از پپتیدوگلایکان می باشد. درون لایه پپتیدوگلایکان غشاء سلولی وجود دارد که شامل پروتئین ها و کانال ها می باشد. در باکتری گرم منفی لایه خارجی که از پپتیدوگلایکان محافظت می کند از کمپلکس های لیپدی مختلف
تشکیل شده است. یکی از مهم ترین و متداولترین روش های تشخیص باکتری گرم مثبت از باکتری گرم منفی روش رنگ آمیزی گرم می باشد که اولین بار توسط کریستین گرم ابداع شد. در این روش رنگ باکتری های گرم مثبت پس از رنگ آمیزی به رنگ بنفش و باکتری های گرم منفی به رنگ قرمز تبدیل می شود. باکتری ها به شدت قارچ ها به الیاف آسیب نمی رسانند اما می توانند باعث آسیب رساندن به الیاف، ایجاد یک بوی ناخوشایند و زیردست لزج شوند[۵].
ویروس های موجودات غیر زنده بسیار ریز هستند که در محیط آزاد زنده نمی مانند و فقط داخل سلول های زنده موجودات دیگر می توانند زندگی کنند و تکثیر یابند. تولید مثل ویروس ها با استفاده از امکانات سلول های میزبان امکانپذیر است و فعالیت اصلی سلول های میزبان را مختل می کند. در نتیجه می توان گفت ویروس ها موجوداتی هستند که نه زنده اند و نه غیر زنده.

قارچ ها یا کپک ها موجودات پیچیده با سرعت رشد کندتر می باشند. قارچ ها باعث مشکلات بسیاری برای منسوجات می شوند که عبارتند از تغییر رنگ منسوج، ایجاد لکه رنگی و آسیب رساندن به الیاف. قارچ ها عموما در pH5/6 فعال می باشند[۱].
جلبکها نوعی از میکروارگانیسم ها بوده که قارچی یا باکتریایی می باشند. در شرایط بسیار مرطوب و وجود نور خورشید جلبک ها می توانند بر روی منسوجات رشد پیدا کنند. منسوجات منبع غذایی مناسبی برای قارچ ها و باکتری ها هستند و همین امر باعث آسیب رسیدن به منسوجات می شود. جلبک ها در محدوده pH8-7 فعال می باشند[۱].
ذرات گرد و غبار، موجودات هشت پایی می باشند که درون منسوجات خانگی از جمله پتو، بالش، تشک و فرش به وفور یافت می شوند و از سلول های پوست انسان تغذیه می کنند. ذرات گرد و غبار باعث آلرژی و اختلالات تنفسی برای شخص می شوند[۱].
اثرات رشد میکروارگانیسم ها
رشد میکروارگانیسم ها هم روی منسوج و هم روی مصرف کننده تاثیراتی را ایجاد می کند. این اثرات عبارتند از:
۱. ایجاد بو در منسوج
۲. ایجاد لکه در منسوج
۳. تغییر رنگ منسوج
۴. کاهش استحکام مکانیکی پارچه به علت ایجاد کپک و پوسیدگی پارچه
۵. افزایش احتمال انتقال آلودگی و عفونت
۶. ایجاد حساسیت و سوزش برای شخص مصرف کننده [۳]

مشخصات تکمیل ضد میکروبی ایده آل
یک تکمیل ضد میکروبی ایده آل در ابتدا باید بر طیف وسیعی از انواع باکتری ها و قارچها تاثیر گذار باشد اما در عین حال پایین ترین حساسیت را برای مصرف کننده داشته باشد یعنی هیچ اثر مسمومیت و آلرژی زایی برای مصرف کننده نداشته باشد. همچنین این تکمیل باید نسبت به شستشوهای مکرر، اتوشویی، خشکشویی و سیالات بدن مقاوم بوده و خاصیت خود را حفظ نماید. تکمیل ضد میکروب نباید روی کیفیت کالا(مانند استحکام، زیردست) یا ظاهر پارچه (تغییر در میزان رطوبت، تغیر رنگ و ایجاد بوی ناخوشایند) تأثیر منفی داشته باشد. ماده ضد میکروب مناسب ماده ای است که به آسانی بتوان از آن استفاده کرد. در نهایت باید با فرایندهای دیگر تکمیل و رنگرزی سازگاری داشته و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و مواد مضر برای تولید کننده و محیط زیست ایجاد نکند. یک نظر دیگر آن است که تکمیل ضد میکروبی منسوجات نباید باکتری غیر بیماری زای فلورای پوست مصرف کننده را از بین ببرد. فلورای پوست شامل چندین نسل باکتری است که برای سلامتی پوست بسیار مهم می باشند. در انتها باید متذکر شد که یک ماده ضد میکروب مناسب نباید هیچ اثر مخربی بر روی منسوج، مصرف کننده، تولید کننده و محیط زیست داشته باشد[۳].

موارد مصرف منسوجات ضد میکروب
تکمیل های ضد میکروب برای منسوجات صنعتی که در معرض شرایط آب و هوایی متفاوت قرار دارند مانند پارچه های مورد مصرف در چادرها، سایبان ها، برزنت، طناب و اقلام دیگر که نیاز به محافظت در مقابل پوسیدگی و کپک دارند بسیار مهم می باشد. منسوجات خانگی مانند فرش، پرده، تشک، روبالشی و رویه مبل نیاز به تکمیل های ضد میکروب دارند. تکمیل منسوجاتی که در مکان هایی از جمله بیمارستان ها، آسایشگاه معلولین و سالمندان، زایشگاه، مدارس، هتل ها و مکان های عمومی که در معرض حملات میکروبی می باشند استفاده می شوند ضروری به نظر می رسد. منسوجات مورد استفاده در موزه ها برای محافظت بیشتر اغلب با مواد ضد میکروب تکمیل می شوند. پارچه هایی که دارای آهار بوده و باید در انبار نگهداری شوند یا توسط کشتی حمل شوند (در دماهای بالا (C۴۰°)و رطوبت) جهت جلوگیری از رشد میکروب به دلیل وجود آهار نیاز به تکمیل ضد میکروب دارند. استفاده از تکمیل های ضد میکروب جهت جلوگیری از بوی ناخوشایند در لباس های شخصی، لباس های زیر، جوراب، آستر کفش و لباس ورزشکاران یک ضرورت به شمار می رود. بو توسط تجزیه باکتری موجود در عرق و دیگر سیالات بدن به وجود می آید که کنترل رشد باکتری توسط این تکمیل ها این مشکل را مرتفع می سازد[۵].

ضد میکروب
به اثر منفی بر روی حیات میکروارگانیسم ها ضد میکروب گفته می شود. درجه فعالیت مواد ضد میکروب متفاوت می باشد. مواد ضد میکروب یا باعث ممانعت از رشد میکروارگانیسم ها یا کشتن آنها می شوند. عبارت کشتن نشانگر از بین رفتن کامل میکروب ها می باشد در حالی که عبارت ممانعت بیانگر جلوگیری از رشد میکروب بدون از بین بردن آنها می باشد[۱]. در شکل ۱ درجه فعالیت مواد ضد میکروبی نشان داده شده است.

شکل ۱- درجه فعالیت مواد ضد میکروب. (۱) ممانعت از رشد میکروب (۲) میکروب کش [۷]

همانطور که در بالا اشاره شد میکروارگانیسم ها شامل قارچها، باکتری ها و ویروس ها می باشند. تفاوت بین فعالیت مواد ضد میکروب در شکل ۲ نشان داده شده است[۱]. به اثر منفی بر روی حیات قارچها ضد قارچ گفته می شود که یا باعث کشتن کامل قارچ شده یا باعث ممانعت از رشد قارچ ها می شود. به اثر منفی بر روی حیات باکتری ها ضد باکتری گفته می شود که یا باعث کشتن کامل باکتری شده یا باعث ممانعت از رشد باکتری ها می شود و در انتها به اثر منفی بر روی حیات ویروس ها ضد ویروس گفته می شود.

شکل ۲- تفاوت فعالیت مواد ضد میکروب

مکانیسم غیر فعال سازی میکروب ها توسط مواد ضد میکروب
تقریباً تمام مواد ضد میکروب تجاری مورد استفاده در منسوجات مانند نقره، تریکلوسان ، پلی هگزا متیلن بیگوناید و ترکیبات آمونیوم نوع چهارم به عنوان آفت کش محسوب می شوند. این ترکیبات با آسیب رساندن به دیواره سلولی، تغییر نفوذ پذیری غشاء سلولی، تخریب پروتئین ها، جلوگیری از فعالیت آنزیم ها یا لیپدها که همگی این موارد برای بقای سلولی میکروب ها الزامی می باشند باعث نابودی آنها می شوند. با توجه به ساختار میکروارگانیسم ها که در بالا به آن اشاره شد مکانیسم غیر فعال سازی میکروب ها توسط مواد ضد میکروب به شرح ذیل می باشد: ۱. مهار آنزیم های متابولیک (آنتی بیوتیک)
۲. اختلال در عمل آنزیم ها (یون های فلزی)
٣. آسیب رساندن به غشاء (ترکیبات آمونیوم نوع چهارم)
۴. واکنش با گروههای عاملی در میکروارگانیسم ها (عوامل اکسید کننده)
۵. نفوذ به غشاء سلولی و تاثیر بر آنزیم های متابولیک (ترکیبات فنلی مانند تریکلوسان) [۶].

منابع
[۱] Dr T Ramachandran, K Rajendrakumar, R Rajendran; Antimicrobial Textiles-an overview; IE (1) Journal.TX; Vol 84, February 2004;P 42-47.
[۲] Leila Elizabeth Bonin; Durable and Reusable Antimicrobial Textiles; A Thesis for the degree of Master of Science in The School of Human Ecology; B.S., University of Louisiana at Lafayette; December 2008.
[۳] Yuan Gao, Robin Cranston; Recent Advances in Antimicrobial Treatments of Textiles; Textile Research Journal; Jan 2008, 78, 1; P60-72.
[۴] Robert Duncan Mclean II; Stain Repellent-Antimicrobial Textiles via Atmospheric Plasma Finishes; A thesis for the degree of Master of Science TEXTILE ENGINEERING; Graduate Faculty of North Carolina State University; 2007.
[۵] W. D. Schindler and P. J. Hauser; Chemical finishing of textiles; Chapter 15 Antimicrobial finishes; P 165-174;! Woodhead Publishing Ltd; England; 2004.
[۶] E. Heine, H.G. Knops, K. Schaefer, P. Vangeyte, and M. Moeller; Springer Series inmaterials science; 97 Multifunctional Barriers for Flexible Structure Textile, Leather and Paper; Editors: S. Duquesne, C. Magniez, and G. Camino; Part I MonoFunctional Barrier Effects – Review; Chapter 2 Antimicrobial Functionalisation of Textile Materials; P 23-38.
[۷] New Multifunctional Textiles: Antimicrobial Treatments; Intelligent Textile Structures- Application, Production & Testing; International Workshop 12-13/5/2005, Thessaloniki, Greece; Amphitheater of Thessaloniki Technology Park.