تکمیل هم‌زمان ضدمیکروب و ضدخون منسوجات بی‌بافت

مقدمه
تحقیقات نشان می‌دهند منسوجات بهترین مکان برای رشد میکروارگانیسم‌ها می‌باشند و به همین دلیل در دهه‌های اخیر، جلوگیری از رشد میکروب بر روی البسه به ‌میزان قابل توجهی افزایش یافته است[۱]. منسوجات بیمارستانی مانند لباس‌های جراحی، ماسک، لباس‌های پرسنل اتاق‌عمل، ملحفه‌ها و سایر محصولات مورد مصرف در بیمارستان‌ها به‌عنوان منابع اصلی انتقال عفونت شناخته شده‌اند، بنابراین لزوم کاهش انتقال امراض و ایجاد عفونت‌ها از این طریق دارای اهمیت ویژه‌ای است[۲]. به‌خصوص در محیط‌هایی مانند اتاق عمل نیاز به جلوگیری از انتقال بیماری‌های خطرناکی مانند ایدز و هپاتیت بیشتر احساس می‌شود[۳].
با توجه به این موضوع، مواد ضدمیکروب مختلفی برای ایجاد خواص ضدباکتری در محصولات نساجی به‌کار گرفته می‌شود که در این میان سطح فعال‌های کاتیونی آمونیوم نوع چهارم در تکمیل ضد‌میکروبی به‌‌صورت گسترده استفاده می‌شوند[۴و۵]. لازم به ذکر است که امروزه بسیاری از مواد مورد استفاده در تکمیل‌های ضد‌میکروبی شامل گروه‌های آمونیوم نوع چهارم می‌باشند[۶].
هم‌چنین تحقیقات نشان داده است نمک‌های آمونیوم نوع چهارم از فعالیت محدوده وسیعی از باکتری‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌ها جلوگیری می‌کنند[۷]. عوامل میکروب‌کش۱ مانند نمک‌های آمونیوم نوع چهارم، ترکیبات فنلی، پلی‌آمین‌ها و یون‌های نقره در تولید محصولات نساجی ضد‌میکروب بر پایه مکانیسم تأخیر در تولید سلول باکتری۲ کاربرد پیدا کرده‌اند[۸].
به‌علاوه پارچه‌های بی‌بافت، از متداول‌ترین محصولات نساجی در اتاق‌های عمل و در تهیه لباس‌‌های جراحی، لباس‌های بیماران، البسه آزمایشگاهی و سایر لباس‌های محافظتی می‌باشند[۹].
فلوروپلیمر‌ها اغلب به‌عنوان عوامل دافع در تکمیل کالای نساجی کاربرد فراوان داشته، هم‌چنین به عنوان دافع روغن و چرک نیز در تکمیل کالا‌های نساجی مورد استفاده قرار می‌گیرند. لازم به ذکر است که خاصیت دفع‌آب و روغن با کاهش انرژی آزاد سطحی به ‌دست می‌آید[۱۰].
در این مقاله یکی از ترکیبات کاتیونی معمول مورد استفاده در صنعت نساجی به منظور بررسی خواص ضد‌میکروبی آن‌ و برای استفاده چند ‌منظوره در کالا استفاده شده است. به‌علاوه ترکیبات ضد‌آب نیز به‌صورت جداگانه و همراه با مواد ضد‌میکروب جهت تهیه کالای با کارائی بالا به‌کار رفته است.
در شکل ۱ ساختمان مولکولی ماده ستیل تری متیل آمونیوم برمید۳ نشان داده شده ‌است.

شکل ۱. ساختمان مولکولی ستیل تری متیل آمونیوم برمید (CTAB) یا ستاولن [۱۱].

مواد و روش آزمایش‌‌ها
در این آزمایش از پارچه های بی‌بافت ۱۰۰% پلی‌پروپیلن و ۱۰۰% پلی‌استر تهیه شده به‌روش دمش مذاب۴ و به وزن ۴۰ گرم بر متر‌مربع در ابعاد ‌۵×‌‌۱۴سانتی‌متر، اسیدسیتریک ۵%، ستیل تری متیل آمونیوم برمید با نام تجاری ستاولون(شرکت مرک)، رزین دفع‌آب بر پایه فلوئور با نام تجاری FC 1112 (شرکت ارگانیک کیمیا) استفاده شده ‌است.
به منظور تعیین اثر ضد‌میکروبی از سه نوع باکتری استافیلوکوکوس آرئوس۵(گرم مثبت)، اشرشیای کولی۶(گرم منفی) و سودوموناس۷(گرم منفی) و جهت کشت باکتری از محیط نوترین-آگار استفاده گردید. غلظت‌های ۵/۰، ۱و۲ درصد از ماده ستیل تری متیل آمونیوم برمید توسط اسید سیتریک ۵% برای استفاده در حمام تکمیل تهیه گردید. برای تکمیل دفع‌آب و دفع‌خون از مادهFC 1112 با غلظت‌های ۱، ۲ و۳ درصد استفاده شد و غلظت ۲ درصد از آن نیز به‌همراه مواد ضد‌میکروب به‌کار رفته است. جهت تعیین خاصیت ضد‌میکروبی ماده ستیل تری متیل آمونیوم برمید با استفاده از اسید سیتریک، غلظت‌های ۱، ۲، ۴و ۶ درصد از این ماده تهیه شد و آزمایش‌های ضد‌میکروبی روی آن محلول‌ انجام گرفت.
تکمیل ضدمیکروب و دفع‌آب با روش پد-خشک-پخت۸ انجام گرفت. برای پدکردن نمونه‌ها از دستگاه فولارد و از آون برای خشک‌کردن و پخت نمونه‌های تکمیل شده استفاده گردید. نمونه‌های آماده شده به‌مدت ۳۰ ثانیه در حمام قرار گرفتند تا به محلول آغشته شوند و با برداشت ۱۳۰ درصد، پد شدند. سپس نمونه‌های تکمیل شده در دمای ۸۵-۸۰ درجه سانتی گراد به‌مدت ۳ دقیقه خشک شده و سپس عملیات پخت بر روی نمونه‌ها در دمای ۱۵۰-۱۴۵ درجه سانتی گراد به مدت ۳ دقیقه صورت پذیرفت. هم‌چنین برای بررسی اثر ضد‌میکروبی مخلوط دو ماده ضد‌میکروب(CTAB) و دفع‌آب(FC)، از هر ماده به‌میزان ۲ درصد استفاده گردید.

آزمایش ضد‌‌میکروب
ابتدا اثر ضد‌میکروبی پودر ستیل تری متیل آمونیوم برمید قبل از به‌کاربردن روی نمونه‌ها، با استفاده از روش ایجاد چاهک۹ مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور با استفاده از اسیدسیتریک غلظت‌های۱، ۲، ۴و۶ درصد از این ماده تهیه گردید و توسط دیسک‌های مخصوص روی محیط کشت قرار داده شده ‌است.
برای تعیین اثر ضد‌میکروبی نمونه‌های تکمیل شده از دو روش استفاده گردید که شامل روش کیفی براساس استاندارد AATCC-90[12] بوسیله بررسی ایجاد هاله عدم رشد باکتری در اطراف نمونه‌ها و روش کمی  براساس استاندارد AATCC-100[13] می‌باشد که در این روش مقدار درصد کاهش کلونی‌ها قبل و بعد از عملیات تکمیلی بررسی شد.

جدول۱- نتایج آزمایش ضدمیکروبی با روش هاله عدم رشد

روش بررسی هاله عدم رشد۰۱ (AATCC-90)

در این روش ابتدا به‌طور جداگانه یک سوسپانسیون از باکتری‌های استافیلوکوکوس آرئوس، اشرشیای کولی و سودوموناس معادل لوله شماره ۱مک‌فارلند تهیه گردید. جهت کشت باکتری از محیط نوترین‌‌– آگار استفاده شد و به‌وسیله سمپلر مقدار ۱۰۰ میکرولیتر از سوسپانسیون باکتری روی محیط ریخته شد و توسط میله شیشه‌ای روی سطح محیط پخش گردید. سپس نمونه‌های آماده شده به قطر ‌۵/۱ سانتی‌متر توسط پنس روی محیط قرار داده شدند و به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۳۷ درجه سانتی گراد داخل انکوباتور قرارگرفتند و در نهایت هاله عدم رشد باکتری در اطراف نمونه‌ها مورد بررسی قرارگرفت.

روش شمارش تعداد کلونی‌ها (AATCC-100)
در این روش ابتدا نمونه‌هایی به قطر ۵/۱ سانتی‌متر تهیه شد و برای تعیین میزان کدربودن(آلودگی) نمونه‌ها در یک محیط غنی شده باکتریایی‌(BHI) به مدت ۲۴ ساعت قرار داده شد. برای تهیه سوسپانسیون باکتریایی از لوله ۵/۰ مک‌فارلند استفاده شد. داخل ارلن ۹۰ میکرولیتر از BHI و۱۰ میکرولیتر از سوسپانسیون باکتری ریخته شد، سپس توسط سمپلر یک قطره از محتویات ارلن در زمان صفر بر روی محیط نوترین‌– آگار ریخته و توسط میله شیشه‌ای روی محیط رشد باکتری پخش شد و به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۳۷ درجه سانتی گراد داخل انکوباتور قرار داده شد. سپس پارچه را درون ارلن محتوی سوسپانسیون باکتری انداخته و عملیات مشابه روش قبل تکرار شد با این تفاوت که در اینجا زمان مورد نظر یک شبانه‌روز می‌باشد. در این روش تعداد کلونی‌ها در زمان صفر و یک شبانه‌روز شمارش شد و درصد کاهش باکتری از رابطه ۱ محاسبه شده ‌است.
(۱) R= ((A-B)/A) 100
در این رابطهA تعداد کلونی‌های باکتری روی کالای تکمیل نشده(شاهد) و B تعداد کلونی‌های باکتری روی کالای تکمیل شده ‌است. هم‌چنین در این روش، آزمایش‌ها با سه غلظت متفاوت از سوسپانسیون باکتریایی انجام گرفته است.
لازم به ذکر است به‌دلیل آن‌که pH پوست بدن انسان برابر ۵/۵ می‌باشد، آزمایش‌های ضدمیکروبی باکتری‌های آرئوس و سودوموناس در این محدوده pH بررسی گردید.

جدول۲- درصد کاهش باکتری اشرشیای کولی در نمونه‌های تکمیل‌شده در ۷=pH

جدول۳- درصد کاهش باکتری آرئوس در نمونه‌های تکمیل‌شده در ۵/۵=pH

جدول۴- درصد کاهش باکتری سودوموناس در نمونه‌های تکمیل‌شده در ۵/۵=pH

جدول۵- نتایج آزمایش قطره

شکل ۲- عدم رشد باکتری E.coli روی ماده CTAB با غلظت های ۱% ، ۲% ، ۴% و ۶% (Disk diffusion)

شکل ۳- پلی‌پروپیلن و پلی‌استرتکمیل شده با CTAB (1% )، باکتری E.coli، و پلی‌استر خام (AATCC-90)

شکل ۴- باکتری E.coli، CTAB + FC (2% + 2% ) پس از یک شبانه روز (AATCC-100)

شکل ۵- محیط رشد باکتری در زمان صفر (AATCC-100)

آزمایش قطره
مواد تکمیلی دفع‌آب با کاهش انرژی آزاد سطحی کالا، سبب افزایش اختلاف آن با کشش‌سطحی آب می‌شوند. مقاومت خیس شدن کالا بستگی به کشش‌سطحی مایع دارد. در مورد مایعاتی غیر از آب، امکان خیس‌شدن با توجه به مقدار کشش‌سطحی آن ها باید بررسی گردد. در این آزمایش کالا روی یک قطعه شیشه‌ای قرار گرفته و به ترتیب ۱۰ قطره آب مقطر و۱۰ قطره خون طبیعی در نقاط مختلف نمونه قرار داده شده است. زمان پخش قطره روی نمونه‌ها اندازه‌گیری شده است. برای این آزمایش از خون طبیعی(‌کشش‌سطحی در حدود ۵۸‌ دین بر سانتی‌متر۲۱) و آب مقطر(‌کشش سطحی حدود ‌۷۲ دین بر سانتی‌متر) استفاده شده است.

نتیجه­ گیری
در این تحقیق کاربرد مواد ضد‌میکروب بر روی منسوجات بی‌بافت که امروزه به‌عنوان منسوجات پزشکی و بیمارستانی کاربرد فراوان دارند و استفاده از یک ماده دفع‌آب بر پایه فلوئور جهت ایجاد خواص ضدآب و ضدخون روی این منسوجات مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج نشان می‌دهد ماده ستیل تری متیل آمونیوم برمید که یکی از مشتقات نمک‌های آمونیوم نوع چهارم است و در صنعت نساجی به‌عنوان سطح فعال کاتیونی کاربرد دارد، در غلظت‌های کم(۱درصد) دارای فعالیت ضد‌میکروبی می‌باشد.
کاربرد این ماده با ماده دفع‌آب علاوه بر خاصیت ضد‌میکروبی، خاصیت دفع‌آب و دفع‌خون نیز به منسوج بی‌بافت پلی‌پروپیلن و پلی‌استر می‌دهد. نتایج بررسی اثر ضدمیکروبی با روش بررسی هاله عدم رشد در اطراف نمونه‌ها نشان می‌دهد با افزایش غلظت این ماده تا ۳ درصد قطر هاله عدم رشد تا حدودی افزایش می‌یابد و پس از آن به مقدار ثابتی می‌رسد.
هم‌چنین بررسی فعالیت ضدمیکروبی ماده ستیل تری متیل آمونیوم برمید با روش شمارشی نشان می‌دهد که با کاربرد این ماده روی منسوجات بی‌بافت موردنظر ۹۹/۹۹% کاهش در تعداد کلونی‌های باکتری نسبت به نمونه تکمیل‌نشده(شاهد) مشاهده می‌شود و بدین ترتیب قابلیت از بین‌بردن باکتری را دارا می‌باشد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت این ماده دارای خاصیت ضد‌‌میکروبی(میکروب‌کش) می‌باشد.
به‌علاوه نتایج آزمایش قطره روی این ماده به‌همراه ماده دفع‌آب نشان می‌دهد که خاصیت دفع‌آب و دفع‌خون مناسبی به‌دست آمده است که بیانگر سازگاری این ماده با ماده دفع‌آب به‌کار رفته می‌باشد. هم‌چنین در نمونه‌های تکمیل شده با ماده دفع‌آب به‌تنهایی، هیچ‌گونه فعالیت ضد‌میکروبی مشاهده نگردید.
در مجموع با توجه به نتایج آزمایش ضد‌میکروبی انجام گرفته چنین به‌نظر می‌رسد که وجود گروه نیتروژن با بار مثبت در مواد می‌تواند با باکتری‌ها که دارای بار منفی هستند، واکنش داده و توسط مکانیزم‌های مختلف از جمله تأخیر در تولید سلول باکتری، واکنش با DNA باکتری و در نهایت تخریب باکتری، از رشد آن ها جلوگیری به‌عمل آورد.
در نهایت می‌توان گفت که ماده ستیل تری متیل آمونیوم برمید دارای بیشترین اثر ضد‌میکروبی بوده و حتی در غلظت پایین(۱درصد) نیز از خود اثر ضد‌میکروبی نشان می‌دهد. هم‌چنین مخلوط این ماده با فلوروپلیمر‌ها نیز دارای اثر ضد‌میکروبی بوده و این ماده در برابر تمام باکتری‌های مورد آزمایش، از خود خواص ضد‌میکروبی نشان می‌دهد.

منابع
[۱] Sun, G. et al, “Antimicrobial Medical – use Textiles”, the 6th Asian Textile Conference, Hong Kong, 22-24, Aug.2001
[۲] Ramachandran, T. et al, “Antimicrobial Textiles – an overview”, IE Journal –TX, vol.84, 42-47, Feb.2004
[۳] Vigo, L.T., “Textile Processing and Properties”, Elsevier publishing, Chapter 4, Nov. 1994.
[۴] Payne, J., “From Medical Textiles to Smell-free Socks”, JSDC, vol. 113, 48-50. Feb. 1997
[۵] Diz, M. et al, “Antimicrobial Activity of Wool Treated with a New Thiol Cationic Surfactant”, textile Res.J, 71(8), 695-700, 2001
[۶] Shao, H. et al, “Synthesis and Antimicrobial Activity of a Perfluroalkyl – Containing Quaternary Ammonium salt”, Elsevier Ltd., 2003.
[۷] Kim, H.Y. & Sun, G., “Functional Finishing of Acrylic and Chitosan Dyeable Fabrics”, textile Res.J, 72(12), 1052-1056, 2002
[۸] Lee, H.J. et al, “Bacterio Static of Nanosized colloidal Silver on Polyester Nonwovens”, textile Res.J, 74(5), 442-447, 2004
[۹] Albrecht, W. et al, “Nonwoven Fabrics”, ۱-۶, Pub-date 2003
[۱۰] Nassi, W., et al, “New effect in textile finishing with innovative technology & application of fluorochemicals”, Melliand textilbrechte, No.4, 48-49, 2002
[۱۱] Sun, G. et al, “Antimicrobial finishing of wool fabrics using QAS”, Journal of applied science, 93(3), 1037-1041, 2003
[۱۲] AATCC (American Association of Textile chemists and Colorists) Test Method 90: Antibacterial Activity of Fabrics, Detection of: Agar Plate Method, 1982.
[۱۳] AATCC (American Association of Textile chemists and Colorists) Test Method 100: Assessment of Antibacterial Finishes on Textile, 1999.