بررسي خاصيت ضد باکتريايي نانوذرههاي نقره در پلي استايرنهاي انبساطي ديرسوز و استاندارد

يونس کوکبي، حسين اماني*+
بابل، دانشگاه صنعتي نوشيرواني بابل، دانشکده مهندسي شيمي، گروه بيوتکنولوژي

حسن کريمينژاد
بابل، دانشگاه صنعتي نوشيرواني بابل، دانشکده علوم پايه، گروه فيزيک

چكيده: در اين پژوهش، ويژگيهاي ضد باکتريايي نانوکامپوزيتهاي نقره ـ پلي استايرن انبساطي ديرسوز و استاندارد بررسي شد. براي ساخت نانوکامپوزيتهاي نقره ـ پلي استايرن از روش حل کردن پليمر در حلال و اختلاط پليمر و نانوذرهها استفاده شد. در اين روش براي هر دو نمونه نانوکامپوزيت پليمري، محلولهاي ژله اي زرد رنگ شامل نانوذرههاي نقره در پلي استايرن با غلظتهاي 5/21، 15 و 5/73 ميکروگرم بر سانتي متر مکعب ساخته شد .
تصويرهاي ميکروسکوپ الکتروني عبوري )TEM( و الگوي پراش اشعه ايکس) XRD ( نشان دادند که اندازه نانوذرههاي نقره بهکار رفته حدود nm 12 ميباشد. همچنين براي بررسي چگونگي توزيع نانوذرههاي نقره ، ريختشناسي سطح مقطع نمونههاي نانوکامپوزيت نقره ـ پلي استايرن به وسيله تصويرهاي SEM مورد مطالعه قرار گرفتند. در ادامه خاصيت ضد باکتريايي اين ورقهاي نانوکامپوزيت پليمري بر باکتريهاي Escherichia coli
ATCC 25922 و Staphlycoccus aureus ATCC 6538 به روش انتشار ديسک اصلاح شده بررسي شد . مقايسه نتيجهها نشان دادکه نانوکامپوزيت تهيه شده از پلياستايرن انبساطي ديرسوز روي هر دو نوع سويه باکتري خاصيت ضد باکتريايي ندارد درحالي که در نمونه پلي استايرن انبساطي استاندارد فقط در سويه Staphylococcus
aureus ATCC 6538 خاصيت ضد باکتريايي وابسته به غلظت نانوذرههاي نقره ديده شد .نتيجههاي اين پژوهش برپايه نقش غلظت نانوذرههاي نقره، ناخالصيهاي نمونههاي پلي استايرن و ويژگيهاي ساختاري ميکروارگانيسمها توجيه شد. اين پژوهش ميتواند به عنوان پايهاي براي پژوهشهاي آينده پيرامون نانوکامپوزيتهاي پلي استايرن ضدباکتريايي با کاربردهاي گستردگي صنعتي و بهداشتي مورد توجه قرار گيرد.
واژههاي كليدي: پلي استايرن انبساطي؛ نانوذرههاي نقره؛ نانوکامپوزيت؛ خاصيت ضد باکتريايي؛ اشرشياکولي؛ استافيلوکوکوس .ارئوس
KEYWORDS: Expandable Polystyrene; Silver nanoparticle; Nanocomposites; Antibacterial
properties; E. coli; S. aureus.

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *
313
مقدمه
نانوذرههاي نقره به اتمهاي نقره با اندازههاي 1 تا 111 نانومتر گفته ميشوند که به سبب ويژگيهاي فيزيکي و شيميايي يگانه به طور گسترده در صنايع گوناگون مورد استفاده قرار ميگيرند .
ويژگيهاي ضد باکتريايي چشمگير اين نانوذرهها در زمينههاي بسياري همچون توليد مواد ضدعفوني کننده، پارچهها و ساخت ابزار پزشکي مورد توجه و استفاده قرار گرفته است] 1[.
در اين راستا آميختن نانو ذرههاي نقره با پليمر و ساخت نانوکامپوزيت پليمري يکي از پرکاربردترين روشهاي استفاده از آنها به شمار ميرود.
نانوکامپوزيت پليمري به عنوان پرکاربردترين نانوکامپوزيت، ساختاري است که در ماتريس بستر پليمري آن يک يا چند نوع نانوذره پخش شده است. تاکنون نانوکامپوزيتهاي پليمري گوناگوني در حضور نانوذرههاي نقره تهيه شده اند که از جمله مهمترين بسترهاي مورد استفاده ميتوان به پليمرهاي وينيلي مانند پلي متيل متاکريلات)1( ]3، 2[، پلي وينيل الکل)2( ]5، 4[، پلي استايرن] 6[، پلي اليفينهايي مانند پلي اتيلن] 8، 7[ و پليمرهايي ويژه مانند پلي آنيلين] 9[ اشاره کرد.
پلي استايرن يک نوع پليمر سخت ميباشد که از کنار هم قرار گرفتن پشت سرهم مونومرهاي استايرن بهوجود ميآيد. استايرن که از ترکيبهاي آروماتيک ساده است از قديميترين ترکيبهاي شناخته شده وينيل محسوب ميشود و براي نخستين بار در سال 1839 ميلادي توسط ادوارد سي )مون3( شيميدان آلماني از رزينهاي طبيعي تهيه شد] 11[. حلقه آروماتيک به سختي پليمر کمک کرده و از جابهجايي زنجير که از عاملهاي شکنندگي پليمر به حساب ميآيد جلوگيري مينمايد. پلي استايرنها را براساس چگونگي توليد آن ميتوان در سه گروه پلي استايرن معمولي )GPPS()4(، پلي استايرن انبساطي )EPS()5( و پلي استايرن مقاوم) HIPS()6( طبقه بندي کرد] 11[. همچنين پلي استايرن انبساطي ديرسوز در مقايسه با پليمر انبساطي استاندارد داراي ترکيب برم دار افزوده شده)7( HBCD است که پرکاربردترين ماده افزودني ضد آتش در صنعت پليمر براي ايجاد خاصيت ديرسوزي است. براي بررسي ويژگيهاي ضد باکتريايي نانوکامپوزيتهاي پليمري از باکتريهاي گوناگوني
)6( High Impact Polystyrene
)3( Hexabromocyclododecane
)8( Escherichia coli
)9( Staphylococcus aureus

استفاده ميشود که اشريشيا کُُلي)8( و استافيلوکوکوس )اورئوس9( از پرکاربردترين آنها ميباشند .اشريشيا کُلي يا به اختصار E. coli نوعي باکتري گرم ـ منفي است که به طور عموم در روده جانوران خونگرم يافت ميشود] 12[. استافيلوکوکوس اورئوس يا به اختصار S. aureus نيز نوعي باکتري گرم ـ مثبت و بيهوازي اختياري است که به عنوان يکي از موفق ترين باکتريهاي بيماريزا به شمار ميآيد] 13[. با توجه به اينکه در بسياري از مطالعهها بررسي ضدباکتريايي نانوکامپوزيتها از اشرشياکلي و استافيلوکوکوس اورئوس به عنوان مدلهاي شناخته شده استفاده ميشود در اين پژوهش نيز از اين ميکرو ارگانيسمها استفاده ميشود. بايد توجه نمود که
اشرشياکلي شايعترين عامل عفونت دستگاه ادراري است و عامل حدود 91 درصد عفونتهاي ادراري در زنان جوان است.
-193964457041

استافيلوکوکوس اورئوس نيز گستره گستردهاي از عفونتها از جمله عفونتهاي ساده پوستي )مانند جوشدانه، کورک، کفگيرک، گل مژه و آبسه( گرفته تا بيماريهاي تهديد کننده زندگي )مانند پنوموني، مننژيت، استئوميليت، اندوکارديت، سندروم شوک سمي و سپتي سمي( را ايحاد مينمايد. همچنين استافيلوکوکوس اورئوس به عنوان يکي از 5 عامل شايع ايجادکننده عفونتهاي بيمارستان به ويژه عفونتهاي زخم پس از جراحي است. در يکي از مطالعههاي اخير، رفتار ضدباکتريايي نانوکامپوزيتهاي پلي استايرن معمولي داراي نانوذرههاي نقره توسط ايرجيزاد و همکاران ]6[ در غلظتهاي گوناگوني از نانوذرههاي نقره در حضور E. coli مورد مطالعه قرار گرفته است. هرچند پلي استايرنهاي معمولي خاصيت ضد باکتريايي از خود نشان داده اند ،با اين وجود با توجه به مصرف بالاي پلي استايرن انبساطي در مصرفهاي ساختماني و بهداشتي به نظر ميرسد که انجام يک پژوهش جامع در زمينه بررسي خاصيت ضد باکتريايي اين نوع نانوکامپوزيتهاي پليمري در حضور انواع گوناگون باکتريها نياز است .ولي براساس بررسيهايي که انجام گرفت تاکنون هيچ گزارشي پيرامون خاصيت ضد باکتريايي نانوکامپوزيتهاي پلي استايرن انبساطي ديرسوز و استاندارد و مقايسه آنها ارايه نشده است .درنتيجه اين پژوهش به بررسي
)2( Poly(methyl methacrylate)
)1( Polyvinyl Alcohol
)7( Edward Simon
)4( General Purpose Polystyrene
)5( Expanded Polystyrene
312
ويژگيهاي ضد باکتريايي نانوکامپوزيتهاي نقره ـ پلي استايرن ورقههاي نانوکامپوزيت الف، ب و ج بهدست آيد. همچنين نمونههاي انبساطي ديرسوز و استاندارد در حضور باکتري گرم ـ منفي کنترل ورقه هاي نانوکامپوزيت )د( به صورت ورقه هاي 5% وزني E. coli و باکتري گرم ـ مثبت S. aureus ميپردازد. پلي استايرن انبساطي در کربن تتراکلريد بدون نانوذرههاي نقره به اين روش تهيه شد. جدول 1، مقدار )غلظت( نانوذرههاي نقره بخش تجربي نهايي در ورقههاي نانوکامپوزيت ـ پلي استايرن انبساطي را مواد و ميکرو اورگانيسم ها نشان ميدهد. از اين جدول پيداست که غلظت نانوذرهها در ورقه ج نمونه پلي استايرن انبساطي استاندارد) FC422( از مجتمع 5/1برابر ورقه ب و در ورقه ب دو برابر ورقه الف است. حجمهاي پتروشيمي تبريز و پلي استايرن انبساطي ديرسوز )گريد 4111-F( 51، 111و 151 ميلي ليتر از محلول مرجع نانوذرههاي نقره از مجتمع پتروشيمي بانيار گنبدکاووس تهيه شد. در اين پژوهش در استن که به ترتيب در آنها 5/187، 375و5/562 ميکروگرم
از نانوذرههاي نقره) US Research Nanomaterials, Inc., USA( نانوذرههاي نقره وجود دارد با محلول 5% وزني پلي استايرن با درجه خلوص 99.99% استفاده شد. محيط کشت جامد نوترينت آگار)1( در کربن تتراکلريد به مدت هاي 6، 7و 8 ساعت مخلوط شد .
و باکتريهاي مورد استفاده در اين آزمايش نيز E. coli ATCC 25922 و S. aureus ATCC 6538 ميباشند که از بخش ميکروب شناسي انستيتو پاستور ايران تهيه شد. همچنين کليه مواد شيميايي مانند حلالهاي استن و کربن تتراکلريد از فراوردههاي شرکت مرک تهيه شد.

روش ها
ساخت نانوکامپوزيت نقره ـ پلي استايرن انبساطي
براي ساخت نانوکامپوزيتهاي نقره ـ پلي استايرن از روش حل کردن پليمر در حلال و اختلاط پليمر و نانوذرههاي استفاده شد.
براي اين منظور ابتدا مخلوط 5% وزني پلي استايرن از هردو فراوردهي پتروشيميهاي بانيار و تبريز در کربن تتراکلريد تهيه شد.
محلول مرجع نانوذرههاي نقره در استن) μg/mL 75/3( با ترکيب mg 5/1 نانوذرههاي نقره در mL 411 استن بهدست آمد.
سه مخلوط متفاوت به ترتيب با انحلال حجمهاي 51، 111 و 151 ميلي ليتر از محلول مرجع نانوذرههاي نقره در mL 111 از محلول 5% وزني پلي استايرن در کربن تتراکلريد به صورت جداگانه تهيه شد. اين فرايند در هر دو نمونه پلي استايرن انبساطي بانيار و تبريز انجام پذيرفت. فرايند همگن سازي اين محلولها با کمک دستگاه حمام اولتراسونيک مدل Grant ( XB2
Instruments, Cambridge, UK( به مدت 5/1 ساعت انجام شد، سپس مخلوطهاي به دست آمده به وسيله همزن مغناطيسي پس از اين مدتها با از دست دادن حلال ،15 ميلي ليتر از محلول نهايي
بهدست آمد که با تقسيم ميکروگرم نانوذرههاي نقره بر 15 ميلي ليتر محلول به ترتيب غلظتهاي μg/mL 5/12، 25 و 5/37 بهدست آمد.

آزمايش خاصيت ضد باکتری نانوکامپوزيتهای نقره ـ پلياستايرن
براي ارزيابي فعاليت ضد باکتريايي نانوذرههاي نقره در حضور باکتري هاي E. coli ATCC 25922 و S. aureus ATCC 6538 از روش انتشار ديسک اصلاح شده)2( استفاده شد ]17-14[.
در اين روش که در اينجا در محيط کشت جامد نوترينت آگار انجام ميشود، پس از قرار دادن نمونه، حضور هاله بازدارنده حول ورقههاي نانوکامپوزيت وجود خاصيت ضد باکتريايي را نشان ميدهد که بررسي قطر هاله ايجاد شده ميزان عملکرد ضد باکتريايي اين نانوکامپوزيت را به دست ميدهد] 19، 18[.
ابتدا در محيط کشت مايع، محلولي از باکتري هاي E. coli ATCC 25922 و S. aureus ATCC 6538 در غلظت نيم مک فارلند داراي CFU/mL 118 × 5/1 باکتري تهيه شد. اين نمونهها بر روي پتري ديش هاي حاوي محيط کشت جامد نوترينت آگار به روش کشت خطي کشت داده شده و براي نشاندن ورقه هاي
نانوکامپوزيت بر روي آنها آماده شد. ورقه هاي نانوکامپوزيت الف، ب و ج شامل نانوذرههاي نقره در غلظتهاي گوناگون و ورقه کنترل د بدون نانوذرههاي نقره بر روي پتري ديش هاي محيط
-24637692853

همزده شد. محلول نهايي)15 ميلي ليتر ( محلولي زردرنگ کشت هر يک از دو باکتري مورد بررسي نشانده شد. در ادامه با گرانروي بالا )ژله مانند( ميباشد که در قالبهاي شيشهاي پتري ديشها به درون انکوباتور منتقل شده و به مدت 48 ساعت ريخته ميشود تا همراه با از دست دادن حلال به صورت در دماي C°37 براي بررسيهاي خاصيت ضد باکتري نگهداري شدند.
)2( Nutrient Agar )6( Modified disc diffusion method
315
جدول 3ـ مقدار )غلظت( نانوذرههای نقره نهايي در ورقه های نانوکامپوزيت ـ پلي استايرن انبساطي الف ، ب، ج و د پس از مخلوط کردن و همگنسازی محلول مرجع نانوذرههای نقره با 311 ميلي ليتر از محلول 3% وزني پلي استايرن در کربن تتراکلريد و تبخير حلالها.

ج

ب

الف

کنترل
د

عنوان

نمونه

151

111

51

حجم

محلول

نانوذر
ه
ها
ي

نقره

(
م
ي
ل
ي

ل
ي
تر
)

5
/
37

25

5
/
12

غلظت

نانوذر
ه
ها
ي

نقره

در
(
ورقه

3
μg/cm
)

ج

ب

الف

کنترل

د

عنوان

نمونه



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید