Antibiyotik dirençli patojenlerin artan yaygınlığı, halk sağlığı için kritik bir zorluk oluşturmakta ve geleneksel antimikrobiyal tedavilere alternatif yaklaşımları gerektirmektedir. Fotodinamik inaktivasyon (PDI), ışıkla indüklenen reaktif oksijen türlerinin (ROS) ilaç direncine neden olmadan mikroorganizmaları etkili bir şekilde öldürdüğü umut vadeden bir yöntem olarak ortaya çıkmaktadır. PDI uygulamaları için geliştirilen malzemeler arasında, polivinil klorür (PVC) bazlı kompozitler, sağlamlıkları, dayanıklılıkları ve fotosensitizatörleri entegre etme yetenekleri nedeniyle önemli bir ilgi görmüştür. Bu makale, özellikle Staphylococcus aureus gibi patojen mikroorganizmaları hedef alan PDI uygulamaları için tasarlanmış PVC bazlı malzemelerin sentezini, kimyasal ve biyolojik karakterizasyonunu inceleyecektir. Araştırma, çeşitli adipat plastikleştiricilerin ve fotosensitizatörlerin rolüne odaklanarak, bunların kompozit malzemelerin fotoaktivitesi ve bakterisidal etkinliği üzerindeki etkilerini analiz edecektir.
PVC, mekanik dayanıklılığı, kimyasal direnci ve uzun süreli dayanıklılığı nedeniyle endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan çok yönlü bir polimerdir. Bununla birlikte, modifiye edilmemiş halinde PVC'nin doğal fotokativitesi yoktur; bu nedenle istenen antimikrobiyal özellikleri kazandırmak için harici katkı maddelerinin eklenmesi gerekir. PDI için, PVC matrisi, ışığa maruz kaldığında ROS oluşumunu kolaylaştırarak fotosensitizatörleri hareketsiz hale getirme yeteneği nedeniyle idealdir. Plastikleştiricilerin eklenmesi bu dönüşümde çok önemli bir adımdır, çünkü polimer matrisinin fotosensitizatörlerle esnekliğini ve karışabilirliğini artırarak daha verimli ışık emilimi ve ROS üretimine olanak tanır.
Plastikleştiriciler, PVC'nin fiziksel özelliklerini değiştirerek onu daha esnek ve çeşitli uygulamalara daha uygun hale getirmede çok önemli bir rol oynar. Bu araştırmanın bağlamında, PVC'yi fotoaktif bir malzemeye dönüştürme yetenekleri açısından dört adipat plastikleştirici değerlendirilmiştir: dibutil heksanedioat (BA), bis(2-etilheksil) heksanedioat (EA), dioktil heksanedioat (OA) ve didesil heksanedioat (DA). Bu uzun zincirli doğrusal adipatlar, moleküler yapıları bakımından farklılık gösterir ve bu da PVC matrisi ve fotosensitizatörlerle etkileşimlerini etkiler.
DA ve OA gibi uzun zincirli adipatların, PVC bazlı malzemenin bakterisit özelliklerini artırmada özellikle etkili olduğu bulunmuştur. Bu durum, fotosensitizatörlerin polimer matrisi içinde daha iyi dağılımını ve immobilizasyonunu sağlayarak ışığa ve ROS üretimine optimum maruz kalmayı garanti etme yeteneklerine bağlanabilir. Buna karşılık, BA gibi daha kısa zincirli adipatlar, muhtemelen fotosensitizatörlerle sınırlı uyumluluk ve polimer ağı içinde daha az elverişli difüzyon nedeniyle daha düşük verimlilik göstermiştir.
Fotosensitizatörler, ışık enerjisini emerek oksijen moleküllerine aktarıp bakteri hücrelerine saldıran ve onları yok eden ROS ürettikleri için PDI mekanizmasının merkezinde yer alırlar. Bu araştırmada iki fotosensitizatör kullanılmıştır: 5-(4-karboksi-fenil)-10,15,20-trifenil-21H,23H-porfirin (TPP) ve 20-(4-karboksifenil)-2,13-dimetil-3,12-dietil-[21]pentafirin (PCox). İyi bilinen bir porfirin türevi olan TPP, görünür spektrumda güçlü emilimi ve ROS üretimi için yüksek kuantum verimi nedeniyle PDI'da yaygın olarak kullanılmaktadır. Genişletilmiş bir porfirin olan PCox, gelişmiş ışık emilimi ve ROS üretimine olanak sağlayan genişletilmiş konjugasyon sistemi nedeniyle seçilmiştir.
Deneysel sonuçlar, adipat plastikleştiricilerin TPP veya PCox ile kombinasyonunun Staphylococcus aureus'a karşı önemli bakterisidal aktiviteye yol açtığını göstermiştir. PDI'nin etkinliği, kullanılan plastikleştiricinin türüne ve miktarına bağlıydı ve uzun zincirli adipatlar en yüksek verimliliği gösterdi. Bir durumda, bakteriyel çözeltinin (108 CFU/ml) tamamen ortadan kaldırılması 60 dakika içinde sağlanmış olup, bu da bu malzemelerin pratik antimikrobiyal uygulamalar için potansiyelini vurgulamaktadır.
PVC bazlı kompozitlerin bakterisidal etkisinin ardındaki temel mekanizma, ışıkla fotosensitizatörlerin aktivasyonu yoluyla ROS (reaktif oksijen türleri) oluşumudur. 50 W/m² akı hızında çoklu LED mavi lamba ile ışınlandığında, fotosensitizatörler fotonları emer ve uyarılmış bir duruma geçer. Bu durumda, fotosensitizatörler moleküler oksijenle etkileşime girerek tekli oksijen (1O2) ve hidroksil radikalleri (OH•) gibi ROS oluşumuna yol açar. Bu son derece reaktif türler, bakterilerin hücre duvarlarına ve zarlarına saldırarak oksidatif hasara ve hücre ölümüne neden olur.
Fotosensitizatörlerin ROS'u verimli bir şekilde üretme yeteneği, konsantrasyonları, plastikleştiricilerin varlığı ve PVC matrisi içindeki dağılımlarının homojenliği de dahil olmak üzere çeşitli faktörlerden etkilenir. DA ve OA gibi uzun zincirli adipatlar, fotosensitizatörler için en iyi ortamı sağlayarak optimum ROS üretimini ve bakterisidal aktiviteyi en üst düzeye çıkarmayı garanti eder.
PVC kompozitlerin bakterisidal aktivitesi, çeşitli enfeksiyonlardan sorumlu yaygın bir patojen olan Staphylococcus aureus'a karşı değerlendirildi. Sonuçlar, kullanılan plastikleştirici türü ile bakteriyel inaktivasyon verimliliği arasında açık bir ilişki olduğunu gösterdi. DA ve OA gibi uzun zincirli adipatlar üstün performans sergiledi; DA, ışığa maruz kalmanın 60 dakikası içinde bakterilerin tamamen yok edilmesini sağladı. Bu verimlilik seviyesi, uzun zincirli adipatların hem PVC matrisi hem de fotosensitizatörlerle artan uyumluluğuna, daha iyi ışık emilimine ve ROS üretimine bağlanmaktadır.
Dahası, PVC kompozitler zaman içinde ve oksidatif koşullar altında kararlılık gösterdi; bu da pratik antimikrobiyal uygulamalar için temel bir kriterdir. Önemli olarak, deneyler sırasında toksik bileşenlerin salınımı gözlemlenmedi; bu da bakterisidal etkinin yalnızca immobilize edilmiş fotosensitizatörler tarafından üretilen ROS'tan kaynaklandığını doğrulamaktadır. Bu bulgu, tıbbi cihazlar ve gıda ambalajları gibi mikrobiyal kontaminasyonun önlenmesinin kritik olduğu ortamlarda bu malzemelerin kullanımının güvenliğini ve sürdürülebilirliğini vurgulamaktadır.
Fotodinamik işlem sırasında ve sonrasında PVC bazlı kompozitlerin yapısal bütünlüğünü doğrulamak için çeşitli analitik teknikler kullanıldı. Filmlerin yüzey morfolojisini incelemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılırken, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) malzemelerin kimyasal kararlılığı hakkında bilgi sağladı. SEM analizi, ışınlamadan sonra filmlerin yüzey yapısında önemli bir değişiklik olmadığını ortaya koyarak, fotodinamik işlemin fotodeğradasyona neden olmadığını gösterdi. Benzer şekilde, FT-IR spektrumları, polimer matrisinde kimyasal bozulmanın meydana gelmediğini doğrulayarak, PVC kompozitlerin deneysel koşullar altında kararlılığını ve dayanıklılığını daha da destekledi.
Patojenik mikroorganizmaların fotodinamik inaktivasyonu için PVC bazlı malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu, etkili ve sürdürülebilir antimikrobiyal çözümler geliştirme konusunda umut vadeden bir yol sunmaktadır. Uzun zincirli adipat plastikleştiricilerin PVC matrisine dahil edilmesinin, polimeri önemli bakterisidal özelliklere sahip fotoaktif bir malzemeye dönüştürmede çok önemli olduğu bulunmuştur. Özellikle, didesil heksanedioatın (DA) fotosensitizatör PCox ile kombinasyonu, ışınlamadan sonraki 60 dakika içinde bakterilerin tamamen yok edilmesini sağlamış ve bu malzemelerin sağlık ve gıda güvenliğinde pratik uygulamalar için potansiyelini göstermiştir.
Gelecekteki araştırmalar, plastikleştirici ve fotosensitizatör konsantrasyonlarının optimize edilmesine, diğer potansiyel fotosensitizatörlerin araştırılmasına ve bu malzemelerin gerçek dünya ortamlarındaki uzun vadeli stabilitesinin değerlendirilmesine odaklanmalıdır. Ek olarak, araştırmanın daha geniş bir mikroorganizma yelpazesini içerecek şekilde genişletilmesi, PVC bazlı kompozitlerin fotodinamik antimikrobiyal uygulamalar için çok yönlü bir platform olarak etkinliğini daha da doğrulayacaktır.
