Adding Antimicrobial Properties to Mobile Phone Protection Materials by Using Atmospheric Plasma Technology

Abstract

Poor hand hygiene cooperation among health-care workers and re-contamination of disinfected surfaces by hand-contact, proves the need for antimicrobial surface coatings. It was stated that microorganisms responsible with nosocomial infections were present on the surfaces of mobile phones of health care workers. The purpose of this study was to detect the microorganisms on the surfaces of mobile phones of health care workers and acquisition of mobile phone coating materials with antimicrobial properties using atmospheric plasma technique.
In the first phase of study; specimens were obtained from surfaces of mobile phones of 40 health care workers’ working in a comprehensive hospital with ecuvion sticks during the first phase of the study. It was observed that various microorganisms cultivated in 90% of mobile phones of health care workers according to the microbiologic analyses. Among these microorganisms meticillin resistant Staphylococcus aureus (S.aureus), Escherichia coli (E.coli) ve Streptococcus pyogenes (S.pyogenes) were isolated in order to be used during antimicrobial mobile phone coating material experiments.
In the second phase; totally 9 materials of which 7 of them mobile phone cases and 2 of them being screen protectors were designated for use in these experiments. Among those materials 4 phone cases were manufactured at 0.5 mm and 1 mm thickness from Thermoplastic Polyurethane (TPU) and Polylactic Acid (PLA) filament with 3D printer. Commercially 3 phone cases were manufactured from Polycarbonate (PC®), TPU® and TPU/silicone®. 2 specimens as Tempered glass (flexi®) and nanoglass (nano®) were evaluated as screen protectors. Plasma polymerization process was applied at 3 ampers for 1 minute on 9 experimental specimens which were cut at 1 cm width. No procedures were applied to the control specimens. Experimental and control group specimens were left to incubation in mediums containing meticillin resistant S. aureus, E. coli and S.pyogenes. Antimicrobial activities of specimens were compared using disc diffusion technique.
It was detected that following 3 amper 1 minute plasma modification, experimental specimens acquired antimicrobial properties. Especially, commercially available TPU/silicone®and PC® phone cases demonstrated higher antimicrobial properties against S.pyogenes compared with control groups. Plasma polymerization applied antimicrobial phone cover material manufacturing, usage and evaluation of the results can be suggested for health care workers.

Keywords

• Mobile phone covers materials
• Atmospheric plasma technique
• Antimicrobial effect

Atmosferik Plazma Teknolojisi Kullanılarak Cep Telefonu Koruma Malzemelerine Antimikrobiyal Özellik Kazandırılması

Öz

Sağlık çalışanları arasında zayıf el hijyeni uyumluluğu ve dezenfekte edilmiş yüzeylerin elle temas yoluyla yeniden kontaminasyonu, antimikrobiyal yüzey kaplamalarına olan gereksinimi ortaya koymuştur. Sağlık çalışanlarının telefonlarının yüzeylerinde ise nozokomiyal enfeksiyonlara neden olan mikroorganizmaların bulunduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada sağlık çalışanlarının telefonlarının yüzeylerindeki mikroorganizmaların belirlenmesi ve cep telefonu kaplama malzemelerine atmosferik plazma yöntemiyle antimikrobiyal özellik kazandırılması amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında; tam teşekküllü bir hastanede çalışan 40 sağlık personelinin telefonlarının yüzeyinden eküvyon ile örnek alınmıştır. Mikrobiyolojik analizler sonucunda; sağlık çalışanlarının %90’ının telefonlarında çeşitli mikroorganizmaların ürediği belirlenmiştir. Bu mikroorganizmalardan metisiline dirençli Staphylococcus aureus (S.aureus), Escherichia coli (Ecoli) ve Streptococcus pyogenes (S.pyogenes) antimikrobiyal telefon kaplama malzemesi deneylerinde kullanılmak üzere izole edilmiştir. İkinci aşamada; Bu çalışmada 7 telefon koruma ve 2 ekran koruyucu olmak üzere toplam 9 materyal deneylerde kullanılmak üzere belirlenmiştir. Bu materyallerden 4 telefon koruma 3D yazıcı ile Termoplastik Poliüretan (TPU) ve Polilaktik Asit (PLA) filamentden 0.5mm ve 1.0 mm kalınlığında yaptırılmıştır. Ticari olarak ise Polikarbonat (PC®), TPU® ve TPU/silikon® 3 telefon koruma temin edilmiştir. Ekran koruyucu olarak temperli cam (flexi®) ve nanocam (nano®) 2 örnek değerlendirilmiştir. Deney ve kontrol gruplarında kullanılmak üzere 9’ar örnek 1 cm çapında kesilmiş deney örneklerine plazma polimerizasyon işlemi 3 amper 1 dakika uygulanmıştır. Kontrol grubu örneklere hiçbir işlem uygulanmamıştır. Deney ve kontrol grubu örnekleri metisiline dirençli S.aureus, E.coli ve S.pyogenes içeren besi yerlerine yerleştirilerek inkübasyona bırakılmıştır. Örneklerin antimikrobiyal aktiviteleri disk difüzyon yöntemi ile değerlendirilerek karşılaştırılmıştır. Deney grubunda yer alan tüm örneklerin besi yerlerine yerleştirildiği bölgenin altında herhangi bir üreme olmadığı gözlemlenmiştir. Kontrol grubunda yer alan örneklerin alt bölgelerinde ise üreme olduğu gözlenmiştir. Bu çalışmada 3 amp. 1 dakika uygulanan plazma modifikasyonu sonucunda deney örneklerinde antimikrobiyal özellik olduğu saptanmıştır. Özellikle ticari olarak temini sağlanan TPU/silikon® ve PC® telefon korumaları kontrol grubuna göre S.pyogenes üzerinde en güçlü antimikrobiyal özelliği göstermiştir. Sağlık çalışanları için plazma polimerizasyonu uygulanmış antimikrobiyal telefon kaplama malzemesi üretilmesi, kullanılması ve sonuçlarının değerlendirilmesi önerilebilir.

Anahtar Kelimeler

• Cep telefon koruma malzemeleri
• Atmosferik plazma yöntemi
• Antimikrobiyal etki

References

1. Banawas, S., Abdel-Hadi A.,. Alaidarous, M et al. (2018). Multidrug-resistant bacteria associated with cell phones of healthcare professionals in selected hospitals in Saudi Arabia. Canadian Journal of Infectious Diseases and Medical Microbiology, 6598918,1-6. doi: 10.1155/2018/6598918
2. Cercenado, E.(2000). Glycopeptide-intermediate Staphylococcus aureus: rediscovery of an old problem? Clinical Microbiology and Infection, 6(10):517-518.
3. Chang C-H., Chen S-Y., Lu J-J., Chang C-J.,Chang Y., Hsieh P-H. (2017). Nasal colonization andbacterial contamination of mobile phones carried by medical staff in the operating room. PLoS ONE 12(5), e0175811. doi:10.1371/journal. pone.0175811.
4. Colum P. Dunne, Minna M. Keinänen-Toivola, Anne Kahru, Birgit Teunissen, Hulya Olmez, et al. (2017). Anti-microbial coating innovations to prevent infectious diseases (AMiCI): Cost action ca15114, Bioengineered, 8(6): 679–685. doi: 10.1080/21655979.2017.1323593
5. Fridman, G., Brooks, AD., Balasubramanian, M., Fridman, A., Gutsol, A., Vasilets, VN., Ayan, H., Friedman, G. (2007). Comparison of direct and ındirect effects of non- thermal atmospheric-pressure plasma on bacteria. Plasma Processes and Polymers 4: 370-375.
6. Gürler, N.(2015). Hastane İnfeksiyonlarına Yol Açan Sorunlu Mikroorganizmalar Nelerdir? Sorun Oluşturma Nedenleri Nelerdir? https://www.das.org.tr/kitaplar/kitap2005/63-05.pdf
7. Kocum, C., Erdamar, A. Ayhan, H., (2010) Design Of Temperature Controlled Quartz Crystal Microbalance System Instrumentation Science & Technology, 38:39-51.
8. Koçum C., Ayhan H., (2007) Design and construction of uniform glow discharge plasma system operating under atmospheric condition, Rewiev of Scientific Instruments, 78, 063501,

9. Nargiz-Koşucu S., S. Baltacı-Göktaş, T. Yıldız. (2015). Sağlık personelinin el hijyeni uyum oranı. Marmara Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 5(2),105-108.
10. Rod, SK., Hansen, F., Leipold, F., Knochel, S. (2012). Cold Atmospheric pressure plasma treatment of ready-to- eat-meat: ınactivation of listeria innocua and changes in product quality. Food Microbiology, 30: 233-238.
11. T.C. Sayıştay Başkanlığı, Hastane Enfeksiyonları İle Mücadele Performans Denetimi Raporu, ARALIK – 2007. İnternet erişim: http://www.hider.org.tr/Yeniden/2007-2hastaneenfeksiyon.Pdf
12. Ulger, F., Dilek, A., Esen, S., Sunbul, M., Leblebicioglu, H. (2015). Are healthcare workers’ mobile phones a potential source of nosocomial infections, Review of the literature. J Infect Dev Ctries, 9(10):1046-1053. doi:10.3855/jidc.6104
13. Ulger, F., Esen, S., Dilek A., Yanik K., Gunaydin M., Leblebicioglu H..(2009) Are we aware how contaminated our mobile phones with nosocomial pathogens? Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials, 8:7 doi:10.1186/1476-0711-8-7
14. Yangılar, F., Oğuzhan, P. (2013). Plazma Teknolojilerinin Gıda Endüstrisinde Kullanımı. Gıda, 38(3): 183-189.
15. Yasuda, H. (1984). Plasma polymerization for protective coatings and composite membranes. Journal of Membrane Science, 18: 273-284.
16. Zakai, S., Mashat, A., Abumohssin, A., Samarkandi A., Almaghrabi B., Barradah H., Jiman-Fatani A. (2015). Bacterial contamination of cell phones of medical students at King Abdulaziz University, Jeddah, Saudi Arabia. J Microsc Ultrastruct, 4 (3), 143-146. doi: 10.1016/j.jmau..12.004.