سنتز ميكروژل ضدباكتريايي: اصلاح‌ صوت‌شيميايي كربوپل براي كاربردهاي بهداشتي

Anti-Bacterial Microgel Synthesis: Sonochemical Modification of Carbopol for Hygienic Applications

فرضيه‌: پليمرهاي پركاربرد در حوزه زيست‌‌پزشكي و به‌ويژه صنعت آرايشي و بهداشتي بايد در برابر انواع مختلف ميكروارگانيسم‌ها و باكتري‌ها مقاوم باشند. پليمرها در اين دسته‌بندي شامل پليمرهاي آكريلاتي هستند كه به‌طور كلي از پليمرشدن رسوبي تهيه مي‌شوند. كربوپل نام تجاري پليمري آكريلاتي بر پايه پلي(‌آكريليك اسيد) است. اين پليمر كاربرد گسترده‌اي به‌عنوان عامل غلظت‌دهنده و ژل‌كننده در خواص رئولوژيكي دارد. با القاي شيميايي عامل ضدميكروبي به ساختار كربوپل، ميكروژل‌هايي با خواص ذاتي ضدميكروبي به‌دست مي‌آيند كه در مصارف بهداشت فردي و عمومي از جمله مبارزه و كنترل بيماري همه‌گير كرونا (كوويد 19) كاربردهاي مؤثري دارند. روش‌ها: در اين پژوهش سعي شده است تا با پيوندزني و اصلاح سطحي كربوپل با مقادير مختلف مونومر كاتيوني آكريلوئيل‌اكسي‌اتيل تري‌متيل آمونيوم كلريد (A.Etac)، ماهيت ضد‌باكتريايي آن به‌مقدار زيادي بهبود يابد. در اين مطالعه، اصلاح سطحي كربوپل براي اولين بار با امواج فراصوت انجام شد. همچنين، مقدار تورم نمونه پيش و پس از اصلاح نيز در محلول‌هاي آبي، الكلي و نمكي بررسي شد. براي ارزيابي موفقيت در اصلاح شيميايي ميكروذرات كربوپل از طيف‌نمايي زيرقرمز (IR)، ميكروسكوپي الكترون پويشي با پاشنده انرژي پرتو X و نيز آزمون‌هاي باكتريايي، رئومتري و تورمي استفاده شد. ماهيت ضد‌باكتريايي نمونه‌ها در برابر باكتري‌هاي گرم منفي (E. coli) و گرم مثبت (S. aureu) با روش ارزيابي خواص ضدباكتريايي بررسي شد. يافته‌ها: نتايج تجربي نشان داد، كربوپل اصلاح‌شده به‌مقدار بسيار شايان توجهي در برابر باكتري مقاوم شده است. گفتني است، نمونه‌ها در برابر باكتري‌هاي گرم مثبت نسبت به باكتري‌هاي گرم منفي مقاومت بيشتري نشان دادند. نتايج آزمون رئولوژيكي نيز نشان داد، پس از اصلاح شيميايي سطحي، استحكام ژل حاصل به‌مقدار شايان توجهي افزايش يافته است. همچنين نمونه‌هاي اصلاح‌شده، مقدار تورم بيشتري را در محيط آبي و زيستي (محلول آب نمك %0.09) نشان دادند.

Hypothesis: The volume of studies conducted on biopolymeric materials emphasizes the high-consumption of polymers in biomaterial fields, especially in cosmetics industry which must be resistant to different kinds of microorganisms and bacteria. Polymers in this category include acrylate polymers, which are generally made by precipitation polymerization. Carbopol is a brand of acrylic polymer, based on poly(acrylic acid). This polymer is highly used as thickening and gelling agents for its rheological features. By chemically induced antimicrobial agents into the carbopol structure, microgels of inherently antimicrobial properties are obtained with effective applications in personal and public health applications, including combating and controlling corona epidemics (Covid 19). Methods: In this study, it has been tried to improve the antibacterial nature of Carbopol by its bonding and surface modification with different amounts of cationic monomer acryloyl oxyethyl trimethyl ammonium chloride (A.Etac). In this work, for the first time, we attempted to modify the surface of carbopol by ultrasound. We also studied the swelling rate of the sample before and after surface modification in aqueous, alcoholic and salt solutions. Infrared spectroscopy (IR), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X-Ray analysis (SEM-EDX), antibacterial, rheometry and swelling tests were used to evaluate the chemical surface modification of Carbopol microparticles to achieve the stated goals. Antibacterial properties of the samples were evaluated by gram-negative bacteria (E. coli) and gram-positive bacteria (S. aureu) by plate count agar method. Findings: Experimental results showed that the modified carbopol was significantly resistant to the bacteria. It should be noted that the samples showed more resistance to gram-positive bacteria than gram-negative bacteria. The results of rheological analysis also showed that the gel strength significantly increased after surface chemical modification. In addition, modified samples showed higher swelling in water and biological media (0.9% brine)