پلیمر های آنتی باکتریال Antimicrobial polymer

پلیمر های آنتی باکتریال یا ضد میکروبی

پلیمر های آنتی باکتریال که همچنین به نام پلیمرهای آفت کش یا پاد زیست نیز شناخته می‌شوند، دسته ای از مواد پلیمری هستند که از خواص ضد میکروبی برخوردار می باشند و می توانند از رشد موجودات بسیار ریز همانند باکتری، قارچ و یا تک یاخته ها جلوگیری نمایند. پلیمرهای نامبرده شده به گونه‌ای مهندسی شده اند تا بتوانند رفتاری مشابه با پپتایدهای آنتی باکتریال داشته باشند که توسط سیستم ایمنی برای کشتن و مقابله با باکتری ها به کار برده می شوند. به طور معمول پلیمرهای آنتی باکتریال با اتصال و یا قرارگیری یک عامل آنتی باکتریال در داخل زنجیره اصلی ماده پلیمری به کمک پیوند دهنده های الکیل و یا آستیل تولید میشوند. پلیمر های آنتی باکتریال می توانند میزان اثربخشی و گزینش گری عامل های ضد میکروبی کاربردی را بهبود بخشند و این در حالی است که میزان خطر های محیطی مرتبط را کاهش می دهند زیرا پلیمرهای یادشده خاصیت غیر فرارو بی اثر داشته و از نظر شیمیایی نیز پایدار می باشند. تمام موارد یاد شده باعث می‌شوند تا پلیمر نامبرده شده گزینه بسیار خوبی برای به کارگیری در حوزه تولید دارو به منظور مبارزه با عفونت و یا در صنعت غذا به منظور پیشگیری از آلودگی باکتریایی و همچنین برای ضدعفونی سازی آب به منظور جلوگیری از رشد انها در آب های آشامیدنی باشد.

 فرایند نابودی عامهای باکتریایی

عامل های ضدباکتریایی معمولا باکتریها را از طریق روش‌های بسیار متفاوتی از بین می‌برند که این موضوع وابسته به نوع باکتری موجود می باشد. بیشتر مواد ضد عفونی کننده و ضد باکتری این موجودات را با برقراری تماس و یا با ایجاد تورم در سلول باکتری از بین می‌برند و همچنین می توانند منبع غذایی باکتری را نابود سازند و از تولید مثل مجدد انها جلوگیری نمایند. پلیمر های آنتی باکتریال به طور معمول باکتری ها را از طریق روش اول از بین می‌برند که با پیشروی تعدادی از مراحل انجام می‌گیرد. در مرحله اول ماده پلیمری باید به روی دیواره سلولی باکتری بچسبد و بیشتر سطوح باکتریایی نیز دارای بار منفی می باشند بنابراین جذب کاتیون های پلیمری می‌تواند نسبت به آنیون های پلیمری با اثر بخشی خیلی بیشتری صورت گیرد. پس از آن عامل های آنتی باکتریال باید در داخل دیواره سلولی پخش شوند و توسط غشای سیتوپلاسمی جذب شوند. تعدادی از مولکولهای کوچک عامل های آنتی باکتریال در مرحله انتشار سرعت بسیار بیشتری دارند که به دلیل وزن پایین‌تر آنها می باشد اما جذب توسط پلیمرهای آنتی باکتریال به صورت بهینه تری صورت گیرد. نابودی غشای سیتوپلاسمی و برون ریزی بخش های تشکیل دهنده سیتوپلاسمی باعث مرگ سلول خواهد شد.

چه عواملی بر فعالیت آنتی باکتریال اثر می گذارند؟

• وزن مولکولی: وزن مولکولی ماده پلیمری شاید یکی از مهمترین ویژگی هایی باشد که به هنگام تعیین خواص آنتی باکتریال باید مد نظر قرار داد زیرا فعالیت‌های آنتی‌باکتریال وابستگی بسیار زیادی بر وزن مولکولی دارد و این نشان می‌دهد که میزان فعالیت بهینه زمانی به دست می‌آید که وزن مولکولی این پلیمرها در حوزه 1.4x104 Da تا 9.4x104 Da می باشد. اگر وزن این مواد پلیمری بالاتر از مقدار یاد شده باشد، میزان فعالیت آنها کاهش پیدا خواهد کرد و وابستگی یادشده بر وزن می‌تواند به مواردی همانند ترتیب مراحل لازم برای پادزیستی نسبت داده شود. پلیمرهای که از وزن بسیاری بالایی برخوردارند، معمولاً با دشواری بسیار زیادی می توانند در دیواره و سیتوپلاسم سلول باکتری منتشر شوند و این در حالی است که تلاش بسیار زیادی به منظور کنترل وزن مواد پلیمری انجام گرفته است.
• یون دارای بار مخالف: در بیشتر موارد دیواره‌های سلول های باکتریایی دارای بار منفی می باشند بنابراین بیشتر پلیمرهای آنتی باکتریال باید دارای بار مثبت باشند تا بتوانند فرآیند جذب را ساده سازند و ساختار یون دارای بار مخالف و یا انواعی که می‌توانند باعث ایجاد تعادل بار در پلیمر شوند نیز می‌تواند اثربخشی بسیار زیادی بر فعالیت آنتی باکتریال داشته باشد. این یونها که نوعی جفت یونی را با ماده پلیمری به وجود می‌آورند از فعالیت آنتی باکتریال جلوگیری می کنند زیرا این یونها می‌تواند از ایجاد واکنش پلیمر با باکتری پیشگیری نماید. اگر چه زمانی که پیوند ایجاد شده بین یون ها و ماده پلیمری به اندازه کافی مستحکم نباشد و یا این پیوند کاملاً از هم شکسته شده باشد، تاثیر مثبتی بر فعالیت باکتری خواهد داشت زیرا باعث میشود تا ماده پلیمری بتواند به صورت آزاد با باکتری واکنش دهد.

طول ماده فضاگیر و یا طول زنجیره آلکیل

طول ماده فضاگیر و یا طول زنجیره آلکیل به طول زنجیره کربنی اشاره می کند که ساختار اصلی ماده پلیمری را تشکیل می دهد. تحقیقات بسیار زیادی انجام گرفته است تا مشخص شود که طول این زنجیره ها تاثیری بر فعالیت آنتی باکتریال مواد پلیمری دارد و یا خیر و نتایج حاصل از آن ها به طور کلی نشان می دهند که هر چه قدر طول زنجیره آلکیل بلند تر باشد میزان این فعالیت نیز افزایش پیدا خواهد کرد و مورد یاد شده با پاسخ‌های متفاوتی می تواند توضیح داده شود. در مرحله اول می‌توان عنوان کرد که زنجیره‌های بلندتر دارای محل های فعال بیشتری برای جذب در دیواره سلول باکتریایی و غشای سیتوپلاسمی می باشند و در مرحله دوم نیز زنجیره های بلند تر نسبت به انواع کوتاه تر به صورت متفاوتی متراکم می‌شوند که مجدد باعث می شود تا امکان جذب بیشتر آن‌ها فراهم شود اما زنجیره‌ای کوتاه‌تر با سهولت بیشتری می توانند انتشار یابند.

معایب پلیمر های آنتی باکتریال چیست؟

یکی از بزرگترین معایب پلیمر های آنتی باکتریال در این مورد خلاصه می شود که مولکول های ماکرو از اندازه بسیار بزرگی برخوردارند و نمی توانند همانند عامل های مولکولی کوچک اقدام کنند و انواع پلیمر های ضد میکروبی که به چندین ساعت زمان نیاز دارند تا بتوانند از طریق تماس با این دیواره ها موجب کاهش آنها شوند معمولاً از نظر عملی چندان ارزشی ندارند. از طرف دیگر نیز مدت زمان تماس برای مصارف واقعی باید بین چندین ثانیه تا دقیقه باشد.

نیازمندی های اصلی برای پلیمر های آنتی باکتریال کدامند؟

اگر بخواهیم پلیمرهای آنتی باکتریال را به عنوان گزینه‌های مناسبی برای توزیع و استفاده مد نظر قرار دهیم، نیازمندی‌های پایه متفاوتی وجود دارند که باید ابتدا به آنها توجه کنیم و آنها را برآورده سازیم.

• سنتز ماده پلیمری باید روندی ساده و نسبتاً گران باشد و تولید این مواد در حجم صنعتی باید با استفاده از روش های ترکیبی باشد که از تکنیکهای کاملاً توسعه یافته استفاده می کند
• . طول عمر ماده پلیمری باید بلند باشد و یا باید در طی مدت طولانی حالتی پایدار داشته باشد و همچنین باید بتوان آنها را دربازه دمایی برابر با دمای بکارگیری ماده ذخیره کرد.
•  در صورتی که از پلیمرهای آنتی باکتریال به منظور ضدعفونی سازی آب استفاده شود بنابراین این مواد باید حالتی غیر محلول در آب داشته باشد تا از ایجاد سمیت در آب استفاده کند و این موردی است که ممکن است برای عامل های آنتی باکتریال دارای مولکولهای کوچک رخ دهد.
•  ماده پلیمری نباید در هنگام استفاده تجزیه شود و یا مواد سمی از خود آزاد سازد. پس از فقدان فعالیت باید این امکان فراهم شود تا فعالیت آنتی باکتریال دوباره آغاز شود.
•  پلیمرهای آنتی باکتریال باید با قرار گیری کوتاه مدت در معرض موجودات کوچک پاتوژنیک قابلیت نابودی آنها را داشته باشند.

از پلیمر های آنتی باکتریال در چه حوزه هایی استفاده میشود؟

• تصفیه آب: مواد ضدعفونی کننده پلیمری گزینه های بسیار ایده آلی برای فیلترهای آب، پوششهای سطحی و مواد ضدعفونی کننده فیبری می باشند زیرا می توان آنها را با روش های بسیار متفاوتی تولید کرد و همچنین از خاصیت عدم انحلال پذیری در آب برخوردارند. طراحی مواد ضدعفونی‌کننده تماسی و غیر محلول که با ایجاد تماس با موجودات بسیار ریز و عدم آزادسازی عامل‌های واکنشگر انجام می‌گیرد، منجر به این می‌شود که این موجودات کاملا از بین بروند و یا حالت غیر فعال داشته باشند و معمولاً برای ضد عفونی سازی در سطح بزرگ به کار برده می شوند. مقادیر باقیمانده از ضدعفونی کننده های محلول در آب و کلرینها ممکن است مسمومیت ایجاد کنند حتی اگر مقدار بسیار کمی از این مواد به کار برده شود و این مواد اضافه سمی ممکن است در غذا، آب و یا حتی در محیط زیست جمع شوند.
• بسته بندی مواد غذایی: مواد آنتی باکتریال که قابلیت به کارگیری در بسته بندی ها را دارند می توانند آلودگی میکروبی را با کاهش میزان رشد باکتریایی کنترل نمایند. از مصارف این روش می‌توان به افزایش طول عمر مواد غذایی و بهبود امنیت با کاهش میزان رشد موجودات بسیار ریز اشاره کرد و این درحالیست که بسته بندی در تماس با سطح مواد غذایی جامد قرار می‌گیرد مانند گوشت، پنیر و سایر موارد. از طرف دیگر مواد بسته بندی آنتی باکتریال می توانند به میزان زیادی احتمال آلودگی محصولات فرآوری شده را کاهش دهند. تعدادی از مواد پلیمری به طور ذاتی از خاصیت آنتی باکتریال برخوردارند و برای تولید انواع پوشش ها و فیلم ها به کار برده می شوند و پلیمر های کاتیونی همانند چتوسان باعث افزایش چسبندگی سلولی می‌شوند که این موضوع به دلیل ایجاد واکنشی بین آمین های دارای بار و بار منفی بر روی غشای سلولی می شود و در نهایت به تخلیه بخش های تشکیل دهنده داخل سلولی منجر می‌شود.
• سلامتی و دارو: پلیمر های آنتی باکتریال گزینه های بسیار مناسبی برای سیستم های انتقالی کنترل شده و همچنین ایمپلنت دندانی هستند. این موضوع از آنجایی ناشی می‌شود که فعالیت این دسته از پلیمرها بسیار بالا می باشد. مشتقات سلولزی نیز معمولاً در حوزه زیبایی و برای پوست و مو به کار برده می شوند.

مترجم: ف.آل احمد