الیاف ضد‌ باکتری چیست؟

برای در درک بهتر الیاف ضد باکتری بهتر است بدانید آلودگی‌های میکروبی نه تنها برای انسان مضر هستند بلکه با واسطه، منجر به ایجاد اختلال در سیستم اقتصاد در هر منطقه نیز می‌شوند. قرار گرفتن باکتری در هر سطحی اولین قدم برای آلودگی است. از این‌رو، سریع از بین بردن باکتری‌های قرارگرفته بر سطوح حائز اهمیت است. مواد گوناگون و روش های متعددی برای تولید منسوجات و الیاف ضد باکتری مطالعه و بررسی شده است که برخی از آن‌ها به‌دلیل کارآیی بالا، ماندگاری اثر، سهولت عملیات و مقرون‌به صرفه بودن بیش از سایر روش‌ها توسعه یافته‌اند.

با توجه به روش های مورد استفاده، از الیاف تهیه شده می‌توان در تولید انواع مختلف منسوجات نظیر جوراب، لباس زیر، پوشاک خانگی و ورزشی، منسوجات کالای خواب، منسوجات بیمارستانی ( نظیر ملحفه، روبالشی و…) و نسل جدید پانسمان‌ها استفاده کرد. در این سری از مقالات نفیس نخ قصد داریم از با الیاف ضد باکتری بیشتر آشنا شویم، همراه ما باشید. تهیه و تنظیم: دکتر نادیا رحیمی تنها

الیاف ضد باکتری

عوامل ایجادکننده قابلیت ضد باکتری در صنعت نساجی در چند کلاس عمده دسته‌بندی می‌شوند که بسیاری از آن‌ها در صنایع دیگر نظیر صنایع غذایی، بهداشتی و… نیز مورد استفاده قرار گرفته اند. مهم‌ترین ترکیبات ایجاد کننده این خاصیت شامل موارد زیر است:

• فلزات و نمک‌های فلزی

فلزات و نمک‌های به‌ صورت آزاد و ترکیب بر میکروب‌ها و باکتری‌ها خاصیت کشندگی اعمال می‌کنند. این مواد از طریق اتصال به پروتئین های داخل سلولی و غیر فعال کردن، آن‌ها را از بین می‌برند. استفاده از ذرات فلزی در ابعاد نانو باعث ایجاد افزایش سطح موثر شده و راندمان عملکرد ضدباکتری را افزایش می‌دهد. اگرچه برخی فلزات دیگر مانند مس, روی و کبالت به عنوان عوامل ضدباکتری در نساجی مورد توجه قرار گرفته‌اند، اما امروزه از نقره در منسوجات و زخم پوش‌ها به‌صورت گسترده استفاده می‌گردد. از جمله مزایای استفاده از نانوذرات فلزی جهت ایجاد قابلیت ضدباکتری در ساختار الیاف می‌توان به مواردی نظیر ضدحساسیت بودن، با دوام بودن و مقرون‌به صرفه‌بودن اشاره نمود.

برای اطلاع بیشتر از الیاف پلی استر کلیک کنید

• ترکیبات آمونیوم چهار ظرفیتی

این مواد از جمله عوامل آلی مورد استفاده برای ایجاد قابلیت ضدباکتری هستند. این ترکیبات به ویژه در مواردی که حاوی زنجیره‌ی با تعداد 12–18 کربن باشند، به طور گسترده‌ای به عنوان بازدارنده استفاده می‌شود. این ترکیبات در شرایط محلول، حامل یک بار مثبت در اتم نیتروژن بوده که از این طریق وارد واکنش می‌شوند. در طول فرآیند غیرفعال‌سازی باکتری‌ها و سلول‌ها، گروه آمونیوم چهارظرفیتی بدون تغییر باقی می‌ماند و تا زمانی که این ترکیب به منسوج متصل است، قابلیت ضدباکتری خود را حفظ می‌کند. در شکل زیر نمونه‌ای از ساختار ترکیبات آمونیوم چهارظرفیتی نشان داده شده است.

نمونه ای از ترکیب بر پایه آمونیوم چهارظرفیتی

• پلی‌هگزامتیلن‌‌بیگوانید

این ترکیب با وزن مولکولی متوسط تقریبا 2500 دالتون عامل ضد باکتری برای طیف گسترده‌ای از باکتری‌ها شناخته شده است و به عنوان یک ضدباکتری در مواد غذایی، مصارف بهداشتی، دهان شویه، پانسمان زخم و استخرهای شنا استفاده می‌شود. از این ترکیب به همراه عوامل کراس لینک کننده بر الیاف طبیعی و الیاف مصنوعی با هدف ایجاد قابلیت ضدباکتری استفاده شده است.

نمونه ای از ساختار پلی‌هگزا‌متیلن‌بیگوانید

• تریکلوسان

این ماده یک عامل ضدباکتری قوی برای طیف وسیعی از باکتر‌ی هاست که در تهیه‌ی صابون‌ها، اسکراب‌ها، خمیردندان‌ها و ژل‌های شست و شو و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سال ۲۰۰۴، ثبت اختراع عملیات مخلوط پنبه با تریکلوسان  صورت گرفت. یک مولکول نسبتا کوچک تریکلوسان می‌تواند مانند ذرات رنگزای دیسپرس عمل کرده و توسط روش رمق‌کشی بر منسوجات مورد استفاده قرار گیرد. ساختار ترکیب تریکلوسان در شکل زیر ارائه شده است.

پیشنهاد میکنیم مطلب مفید مقدمه ای بر عملیات تکمیل در منسوجات را مطالعه نمایید

ساختار ترکیب تریکلوسان

• کیتوسان

این ترکیبات بر پایه پلیمرهای طبیعی بوده و امکان ایجاد خاصیت ضدباکتری را همراه با عدم سمیت، زیست تخریب پذیری و زیست سازگاری دارا هستند. علاوه بر این، کیتوسان خاصیت جذب آب بالا و توانایی جذب یون‌های فلزی را دارد اما به دلیل مشکل بودن جمع‌آوری در مقادیر زیاد و مراحل فرآوری آن، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. تسهیل کاربردهای نوظهور کیتوسان در علوم غذایی، کشاورزی، پزشکی و داروسازی مورد مطالعه می‌باشد. ساختار کیتوسان در شکل زیر نشان داده شده است.

ساختار کیتوسان

روش‌های تولید الیاف ضد باکتری

بر حسب جنس و ماهیت منسوج مورد نظر، عوامل و روش‌های مختلف توسعه یافته‌اند. برای الیاف مصنوعی می‌توان عوامل فعال ضدباکتری را در مرحله اکستروژن به مذاب پلیمر اضافه کرد. این عملیات بهترین دوام را فراهم می‌کند زیرا عوامل فعال به‌صورت فیزیکی در ساختمان الیاف قرار می‌گیرند و آزادسازی آن‌ها به‌تدریج صورت می‌گیرد. این روش تولید در برخی محصولات تولیدکنندگان، نظیر بیواکتیو® (الیاف پلی‌استر حاوی نقره) توسط شرکت  Trevira و نیز سیلفرش® (استات سلولز حاوی تریکلوسان) توسط شرکت Novaceta  به کار گرفته شده است.

روش‌های مرسوم رمق‌کشی و پدکردن برای انجام عملیات ضدباکتری بر الیاف طبیعی و مصنوعی توسط عوامل تریکلوسان و پلی‌ هگزامتیلن‌‌ بیگوانید (PHMB) صورت گرفته است. برای عوامل بر پایه سیلیکون نیز از روش‌های اسپری و پد استفاده می‌شود.

بسیاری از روش‌های دیگر نظیر استفاده از محلول های نانوکلوئیدی, ساختارهای پوسته -مغزی، اصلاحات شیمیایی، برقراری پیوندهای کوالانسی بین عوامل ضدباکتری و الیاف با استفاده از عوامل کراس لینک کننده و پیوندزنی در فرآیندهای پلیمریزاسیون نیز گزارش شده است.

یک روش در حال توسعه برای تکمیل ضدباکتری استفاده از فرآیند سل-ژل است که امکان ساخت مواد با تنوع زیاد را فراهم می‌کند. از این روش به طور گسترده‌ای برای پوشش‌دهی استفاده شده است.

آنچه در تولید الیاف ضدباکتری حائز اهمیت است، توزیع مناسب و یکنواخت این عوامل است و بنابراین هر روشی که منجر به پراکندگی و توزیع مناسب این عوامل به همراه دوام بالا گردد، روشی مطلوب با راندمان مناسب محسوب می‌شود. شماتیکی از عملکرد منسوجات ضد باکتری شده در برخورد با باکتری‌ها در شکل زیر نشان داده شده است.

عملکرد منسوجات ضد باکتری

الزامات استفاده از عوامل ضد باکتری

به منظور دستیابی به بیشترین کارآیی در عملیات ضدباکتری برای الیاف و منسوجات باید تعدادی از الزامات برآورده گردد. این الزامات عبارت هستند از:

• عوامل ایجاد کننده این قابلیت باید در برابر طیف وسیعی از گونه‌های باکتریایی و قارچی موثر باشد و نیز از سمیت پایین برای مصرف‌کنندگان برخوردار بوده و باعث مسمومیت، آلرژی و یا تحریک سیستم ایمنی نگردد. بنابراین منسوجات ضدباکتری باید استاندارد آزمون‌های سازگاری (سیتوتوکسی و حساسیت) را قبل از ارائه به بازار برآورده کنند.
• تکمیل صورت گرفته باید در برابر عملیات شست‌و شوی مکرر، خشک‌شویی و پرس گرم (اتوکشی) دوام قابل قبول داشته باشد. این مساله بزرگترین چالش عملیات تکمیل ضدباکتری برای منسوجات محسوب می‌گردد.
• تکمیل صورت‌گرفته نباید بر کیفیت منسوجات (نظیر استحکام فیزیکی و زیردست) و یا حتی ظاهر منسوج تاثیر منفی بگذارد.
• تکمیل ضدباکتری صورت گرفته باید با فرآیندهای شیمیایی مورد نظر برای منسوج نظیر رنگرزی سازگار بوده و به لحاظ هزینه باید انجام این عملیات مقرون به صرفه باشد.
• مواد مورد استفاده برای این تکمیل نباید برای محیط زیست مضر و مشکل آفرین باشد.
• تکمیل ضدباکتری برای منسوجات نباید میکرو ارگانیسم‌های مفید بر پوست بدن را از بین ببرد زیرا وجود این میکروارگانیسم‌ها برای سلامت و ایفای نقش محافظت‌کنندگی پوست ضروری می‌باشد.

بیشتر بدانید: مقدمه ای بر الیاف پلی بوتیلن ترفتالات (PBT)

ارزیابی قابلیت الیاف ضد باکتری

تعدادی از روش‌های آزمون برای تعیین اثربخشی منسوجات و الیاف ضد باکتری توسعه یافته است. این روش‌ها به طور کلی در دو دسته قرار می‌گیرد: آزمون انتشار آگار و آزمون تعلیق. براساس آزمون‌های ضدباکتری و ضدقارچ انجام شده، قابلیت از بین بردن باکتری‌هایی از جمله (-) klebsiella pneumoniae  و  (+) S.Aureus  مورد بررسی قرار می‌گیرد. میزان “فعالیت ضد باکتریایی” محصولات می‌تواند بر اساس استانداردهای AATCC 147-2004، JIS L 1902-2002، SN 195920-1992،  INSO110  و ISIRI 11070  ارزیابی گردد که بسیاری از آن‌ها کیفی هستند.

فعالیت ضد باکتریایی شاخصی از میزان توانایی محصول در از بین بردن باکتری‌های در تماس با آن است که از مقایسه لگاریتمی تعداد باکتری­های موجود بر روی نمونه شاهد و نمونه محصول بعد از 24 ساعت تماس با باکتری بدست می‌آید. طبق استاندارد، هنگامی که فعالیت ضد باکتریایی محصول بین 2 تا 3 باشد، اثرگذاری معنی‌دار است اگر فعالیت ضدباکتریایی بیش از 3 باشد اثرگذاری قوی دارد.

نمونه ای از نتیجه آزمون ارزیابی قابلیت الیاف ضد ضدباکتری منسوجات

جمع‌بندی

الیاف پلی‌استر بر پایه دسته‌ای از پلیمرها است که حاوی گروه عاملی استری در زنجیره خود می‌باشد. الیاف پلی‌استر دارای استحکام زیاد، جذب رطوبت پایین و آب‌رفتگی حداقل، در مقایسه با دیگر الیاف صنعتی است و به ‌طور گسترده در صنعت نساجی و پوشاک استفاده می‌گردد. این منسوجات مستعد آلودگی توسط باکتری‌ها یا قارچ‌ها هستند که این موضوع باعث ایجاد بیماری‌ و عفونت‌ می‌شود. به منظور جلوگیری از آلوده شدن سطح این منسوجات توسط میکروب‌ها می‌توان از عوامل ضدباکتری فعال مانند نانوذرات به کار رفته درون ساختار الیاف و یا اعمال پوشش‌های ضدباکتری استفاده نمود.

نانوذرات در اثر واکنش با غشای خارجی باکتری، موجب تغییرات ساختاری داخل باکتری و در نهایت نابودی آن می‌شود. امروزه عوامل ضدباکتری بسیاری توسعه یافته است که برخی از آن‌ها به دلیل ملاحظات زیست محیطی کمتر مورد اقبال قرار گرفته اند. از بین این موارد بیشترین کاربرد را نانوذرات نقره و نمک آمونیوم چهار ظرفیتی دارند.

منابع و مراجع

• Gao, R. Cranston, Recent Advances in Antimicrobial Treatments of Textiles , Textil. Res. J., l Vol 78(1): 60–72, 201
• Jia-Peng Lin, Yu-Chi Tseng, Huan-Sheng Chien, Patent No: 7052765, Method for manufacturing antibacterial polyester master batches and fibers both containing nano-silver particles, 20
• Antimicrobial Fabrics Help Fight War Against Germs, http://www.textilesintelligence.com/til/press.cfm?prid=325 (accessed June 2007)
• Williams, J. F., HaloSource, V., and Cho, U., Antimicrobial Functions for Synthetic Fibers: Recent Developments, AATCC Review, 5, 17–21 (2005)
• Elsner, P., Antimicrobials and the Skin Physiological and Pathological Flora, in “Biofunctional Textiles and the Skin,” Hipler, U. C., and Elsner, P. (eds), Karger, Basel, 2006, pp. 35-41
• Ye, W. J. et al., Novel Core–Shell Particles with Poly(n-butylacrylate) Cores and Chitosan Shells as an Antibacterial Coating for Textiles, Polymer, 46, 10538–10543 (2005)
• Ye, W. J. et al., Durable Antibacterial Finish on Cotton Fabric by using Chitosan-based Polymeric Core–Shell Particles, J.Appl. Polymer Sci., 102, 1787–1793 (2006)
• Zhang, Z. T., Chen, L., Ji, J. M., Huang, Y. L., and Chen, D.H., Antibacterial Properties of Cotton Fabrics Treated with Chitosan, Textil. Res. J., 73, 1103–1106 (2003)
• Hofer, D., Antimicrobial Textiles—Evaluation of their Effectiveness and Safety, in “Biofunctional Textiles and the Skin”, Hipler, U. C., and Elsner, P. (eds), Karger, Basel, 2006, pp. 42–50
• http://www.cupron.com/Cupron-News-Antimicrobial/.Bhargava, H. N., and Leonard, P. A., Triclosan: Applications and Safety, Am. J. Infect. Contr., 24, 209-218 (1996)
• Kim, Y. H., and Sun, G., Dye Molecules as Bridges for Functional Modifications of Nylon: Antimicrobial Functions, Textil. Res. J., 70, 728–733 (2000)