Nanoteknolojik dezenfektanların heterotrofik biyofilmler üzerine etkisi

Year 2018, Volume: 75 Issue: 4, 323 - 332, 01.12.2018

Gökçe Yavuz İrfan Türetgen

Abstract

Amaç: Gümüş sülfadiazin ve benzalkonyum klorür mikroorganizmalara karşı etkin olduğu bilinen biyosidal ajanlardır. Planktonik hücreler bu ajanlardan kolay etkilenmelerine rağmen biyofilm içindeki bakteriler aynı kimyasallara karşı daha dayanıklı olmaktadırlar. Öte yandan, nano tanecikler üzerine fikse edilmiş ajanların ise biyofilm bakterilerine karşı antimikrobiyal etkinliğinin yüksek olduğu bildirilmektedir. Fakat nanoteknolojik dezenfektanların doz ve süresinin biyofilm bakterilerine etkileri değişiklik göstermektedir. Bu dezenfektanların püskürtüldüğü yüzeylerin tipi de etkinliklerini değiştirmektedir. Bu çalışmada, piyasaya sürülecek olan nano partiküllere immobilize edilmiş gümüş sülfadiazin ve benzalkonyum’un yüzeylere tutunma yeteneklerinin ve biyofilm tabakası üzerine etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Yöntem: Paslanmaz çelik kuponlar üzerine üretici firmadan temin edilen nano benzalkonyum klorür ve nano gümüş sülfadiazin püskürtülüp 24 saat kürleşmesi beklenmiş, ardından kuponlar biyofilm reaktörüne konulmuştur. Birer aylık aralıklarla bu yüzeylerde oluşan biyofilm tabakasındaki bakteri sayıları, dezenfektan ile kaplanmamış kontrol kuponlarıyla kıyaslanarak incelenmiştir. Doğal şekilde oluşumuna imkân verilen biyofilm içinde çoğalan bakteriler mikrobiyolojik kültür yöntemleri ile sayılmış, ayrıca ölü ve canlı mikroorganizmaların sayıları DAPI – CTC boyama ile epifloresan mikroskopta sayıları tespit edilmiştir.Bulgular: Deney şartları altında mikrobiyal kültür ve DAPI – CTC ölü-canlı boyama sonuçlarına göre deney kuponlarında anlamlı ölçüde düşük oranda biyofilm tabakası oluştuğu tespit edilmiştir. Ayrıca nano benzalkonyum klorür, nano gümüş sülfadiazine kıyasla biyofilm bakterilerine karşı anlamlı düzeyde daha etkili bulunmuştur.Sonuç: Nano benzalkonyum klorür ve nano gümüş sülfadiazin bileşiklerinin tutunduğu yüzeylerde biyofilm oluşumunu gözlemek ve bu sayede dezenfektanların antimikrobiyal yüzey oluşturmak amacıyla endüstride ve klinik alanlarda yer alması için sonuçlar değerlendirilmiştir. Bu dezenfektanlar endüstriyel veya klinik ortamlarda sıkça kullanılmaktadır. Çalışma sonuçları üretici firmaya odaklanması gereken ürün hakkında önemli katkı sağlamıştır

Keywords

Dezenfeksiyon, nanoteknoloji, benzalkonyum klorür, gümüş sülfadiazin, biyofilm

The efficacy of nanotechnological disinfectants on heterotrophic biofilms

Abstract

Objective: Silver sulfadiazine and benzalkonium chloride are biocidal agents known to be effective against microorganisms. Although planktonic cells are easily affected by these agents, bacteria in the biofilm are more resistant to the same chemicals. Agents fixed on nanoparticles are reported to have higher antimicrobial activity against biofilm bacteria. The effects of nanotechnological disinfectants on biofilm bacteria vary with dose and time. The type of surface on which these disinfectants are sprayed also changes their activity. The aim of this study was to investigate the ability of silver sulfadiazine and benzalkonium immobilized on nanoparticles to adhere to surfaces and their effect on biofilm. Methods: Stainless steel coupons were sprayed with nano benzalkonium chloride and nano silver sulfadiazine were air-dried to cure for 24 hours, then the coupons were placed into the biofilm reactor. Bacterial counts in the biofilm layer formed on these surfaces were compared at monthly intervals with control coupons. Bacterial biofilms allowed to form naturally were analyzed by microbiological culture methods and number of live and dead microorganisms were determined by DAPI - CTC staining on epifluorescence microscope. Results: After the test periods, microbial culture and DAPI - CTC live / dead results were found significantly lower on disinfectant covered coupons. Furthermore, nano benzalkonium chloride was found to be significantly more effective against biofilm bacteria than nano silver sulfadiazine. Conclusion: The results were examined in order to observe biofilm formation on the surfaces covered with nano benzalkonium chloride and nano silver sulfadiazine compounds, to evaluate their use in industrial and clinical fields as effective disinfectants. Because these disinfectants are frequently used in industrial or clinical environments, results have made an important contribution to the manufacturer to focus on final version of the product.

Keywords

Disinfections, nanotechnology, benzalkonium chloride, silver sulfadiazine, biofilm

References

• 1. Donlan RM, Costerton JW. Biofilms: Survival mechanisms of clinically revelant microorganisms. Clin Microbiol Rev, 2002; 15 (2): 167 – 93.
• 2. Donlan RM. Biofilm formation: a clinically relevant microbiological process. Clin Infect Dis, 2001; 33: 1387 – 92.
• 3. Donlan RM. Biofilm and device associated infections. Emerg Infect Dis, 2001; 7(2): 277 – 81.
• 4. Costerton JW, Lewandowski Z, Caldwell DE, Korber DR, Lappin-Scott HM. Microbial biofilms. Annu Rev Microbiol, 1995; 49: 711– 45.
• 5. Rai M, Yadav A, Gade A. Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials. Biotechnol Adv, 2009; 27: 76-83.
• 6. Çetin ET. Dezenfeksiyon, Antisepsi, Sterilizasyon, İstanbul Tıp Fakültesi Yayını, İstanbul, 1982.
• 7. Brycki B, Małecka I, Koziróg A, Otlewska A. Synthesis, structure and antimicrobial properties of novel benzalkonium chloride analogues with pyridine rings. Molecules, 2017; 22(1): doi:10.3390/ molecules22010130.
• 8. Domagk G. Eine neue klasse von desinfektionsmitteln. Dtsch Med Wochenschr, 1935; 61: 829 – 32.
• 9. Keen PL, Montforts MM. Antimicrobial resistance in the environment. John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA. 2012.
• 10. Tezel U, Pavlostathis SG. Quaternary ammonium disinfectants: Microbial adaptation, degradation and ecology. Curr Opin Biotechnol 2015; 33: 296 – 304.
• 11. Hardwicke J, Azad S. Temporary henna tattooing in sibling an unusual chemical burn. Burns, 2006; 32:1064 – 65.
• 12. Bilgin M. Çeşitli dezenfektan maddelerin atık sulardan izole edilen mikroorganizmalar tarafından parçalanmasının araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü, 2011.
• 13. Özbakkaloğlu B. Hastane Ortamında Kullanılacak Yüzey Dezenfektanları, 3. Sterilizasyon, Dezenfeksiyon Kongresi, Samsun. Bilimsel Tıp Yayınevi, Ankara, 2003,131-8.
• 14. Houari A, Di Martino P. Effect of chlorhexidine and benzalkonium chloride on bacterial biofilm formation. Lett Appl Microbiol, 2007; 45(6):652-6.
• 15. Romanova NA, Gawande PV, Brovko LY, Griffiths M W. Rapid methods to assess sanitizing efficacy of benzalkonium chloride to Listeria monocytogenes biofilms. J Microbiol Meth, 2007; 71: 231-37.
• 16. Erbay A, Ergönül Ö, Esener H, Colpan A, Dokuzoğuz B. Hastane kökenli metisilin direncli Staphylococcus aureus, Acinetobacter spp. ve Pseudomonas aeruginosa suşlarının çeşitli dezenfektanlara karşı direnci. Hastane Enfeksiyonları Dergisi, 2002; 6: 191- 4.
• 17. Gultz J, Do L, Boylan R, Kaim J, Scherer W. Antimicrobial activity of cavity disinfectants. Gen Dent, 1999; 47(2): 187-90.
• 18. Özel E, Yurdagüven H, Say EC, Kocagöz S. Fosforik asit ve dezenfektan solüsyonların Streptococcus mutans’a karşı antibakteriyel etkisinin saptanması, Hacettepe Diş Hek Fak Derg, 2005; 29(4): 8-14.
• 19. Türkün M, Türkün LS, Ateş M. Antibacterial activity of cavity disinfectants, Balk J Stom, 2004; 8(3): 214-19.
• 20. Romanova N, Favrin S, Griffiths MW. Sensitivity of Listeria monocytogenes to sanitizers used in the meat processing industry, 2002; Appl Env Microbiol, 68: 6405–9.
• 21. Romanova NA, Wolffs PFG, Brovko LY, Griffiths MW. Role of efflux pumps in adaptation and resistance of Listeria monocytogenes to benzalkonium chloride. 2006; Appl Env Microbiol, 72: 3498–3503.
• 22. Kut D, Güneşoğlu C. Nanoteknoloji ve tekstil sektöründeki uygulamaları. Tekstil & Teknik, 2005; 1: 224-30.-
• 23. Ersan I, 2007. Sigorta sektörü nanoteknoloji devrimine hazır mı? 1 Mart 2017. http://nano. bilkent.edu.tr/docs/Best_dergisi.pdf.
• 24. Şam M, Denkbaş B. Temizlik konusunda nanoteknolojik yaklaşımlar. Standart Dergisi, 2010; 49(580): 53-57.
• 25. Lebaron P, Trousselier M. Got Accuracy of epifluorescence microscopy for direct estimates of bacterial numbers. J Microbiol Meth, 1994; 19: 89-94.
• 26. Dubois M, Gilles KA, Hamilton JK, Rebers PA, Smith F. Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Anal Chem, 1956; 28; 350- 6.
• 27. Gökçe Y. Nanoteknolojik dezenfektanların etkinliği ve biyofilm üzerine etkisi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017.
• 28. Çetinol B, Türetgen İ. Nano gümüş sülfadiazin ve nano benzalkonyum klorür dezenfektanlarının planktonik bakterilere ve biyofilm tabakasına etkinliğinin incelenmesi. Iğdır Üni Fen Bil Enst Der, 2017; 7: 79-85.
• 29. Boe-Hansen R, Albrechtsen HJ, Arvin E, Jorgensen C. Dynamics of biofilm formation in a model drinking water distribution system. J Wat Supply, 2002; 51: 399-406.
• 30. Türetgen İ. Reduction of microbial biofilm formation using gydrophobic nano-silica coating on cooling tower fill material. Water SA, 2015; 41, 295-9.
• 31. Boe-Hansen R, Albrechtsen HJ, Arvin E. Biofilm in medicine, industry and environmental biotechnology. IWA Publishing, USA, 2003.