XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2 – 5 Nisan 2014
KİTOSAN BİYOPOLİMERİNİN FORMLARI VE TEKSTİL
UYGULAMALARI
Görkem Şahan1, Aslı Demir2
1
Yünsa Yünlü Sanayi ve Ticaret A.Ş., Ar-Ge Merkezi, Çerkezköy, Tekirdağ, Türkiye
2
Ege Üniversitesi, Tekstil Mühendisliği Bölümü, Bornova, İzmir, Türkiye
[email protected]
ÖZET
Çok yönlü özelliklere sahip olan kitosan ve kitosan formları tıp, tekstil, kozmetik gibi pek çok endüstriyel alan
için büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, kitosan ve kitosan formlarının kimyasal yapısı ve özellikleri
incelenmiştir. Ayrıca, kitosan ve formlarının tekstil uygulamalarında kullanıma ilişkin son yıllarda yapılan
çalışmalardan elde edilen çalışmalar ele alınmıştır.
Anahtar Kelimeler: biyopolimer, kitosan, kitosan formları, hidrojel, lif.
1. GİRİŞ
Kitosan, dünyada selülozdan sonra en çok bulunan ikinci polisakkarit olan kitinin
deasetillenmiş türevidir. Doğal, biyouyumlu, toksik olmayan ve antibakteriyel özelliğe sahip
bir biyopolimer olup çözelti, toz, lif ve film gibi değişik formlara dönüşebilmektedir. Farklı
formlara getirilebilen kitosan farklı endüstriyel alanlar da kullanılabilmektedir. Kitosanın
değişik formları kitosanın özel uygulamalarda kullanılabilirliği arttırmak için
geliştirilmektedir. Bu çalışmada kitosan formlarına ilişkin son gelişmeler incelenmiştir.
2. KİTOSANIN KİMYASAL YAPISI VE ÖZELLİKLERİ
Glukozamin ve N-asetil-glukozamin kopolimerlerinden oluşan bir polisakkarit olan kitosan
kitinin deasetilasyonu ile elde edilmektedir. Bir biyopolimer olan kitin esas olarak poli-b(1,4)-2-asetamid-2-deoksi-b-Dglukopiranoz yapısında olup çok düşük oranda 2-amino-2deoksi-b-glukopiranoz monomerini de bulundurmaktadır. Kitosan ise kitinin D-deasetillenmiş
türevi olup 2-2-deoksi-b-D-glukopiranoz yapısındadır. Kitosan kimyasal modifikasyonlara
girebilmesine olanak sağlayan birincil amino, birincil ve ikincil hidroksil gruplarını (iki
hidroksil grubu (C3,C6) ve birincil amin grubu (C2) pozisyonunda) içermektedir. [1-3]
Şekil 1’de kitosanın kimyasal yapısı verilmektedir.
170
XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2 – 5 Nisan 2014
3. KİTOSANIN FİZİKSEL FORMLARI
Kitosan, önemli bir polimer olup ticari uygulamalar için uygun bir biyopolimerdir. Bu
biyopolimer farklı alanlarda kullanılmaktadır. Bunun birinci nedeni, biyobozunur,
biyouyumlu, antimikrobiyal aktiviteye sahip olması, toksik olmaması, kimyasal ve fiziksel
özellikleridir. İkinci nedeni, uygun teknolojik yöntemler ile çok çeşitli fiziksel formlara
dönüştürülebilmesidir. Katyonik yapıdaki kitosan reaksiyona girebilen amino grubu
içerdiğinden anyonik yapıdaki iyonlar ile kolaylıkla reaksiyon gerçekleştirebilmektedir.
Kitosan özellikle mikroküre, mikropartikül ve nanopartikül formlarına dönüşebilmesiyle çok
sayıda avantaja sahip olmuştur. Bu formlar aktif maddelerin kontrollü salınımını kontrol
edebilmektedir. Bu maddeler asidik sulu çözeltilerde çözünebildiğinden üretimleri sırasında
zararlı organik çözeltilerin kullanımından kaçınılmalıdır. [4,5]
Kitosan reçine, mikroküre, hidrojel, membran ve lif gibi çok değişik formlara
getirilebilmektedir. Fiziksel formun seçimi temel olarak özel uygulamalar için gerekli olan
sistemin ihtiyacına göre belirlenmektedir. Bu formlar, farklı sentez metotları ile
sentezlenebilmektedir. Hangi metotun kullanılacağı, uygulamanın özellikleri, son ürünün
termal ve kimyasal stabilitesi ve tekrar üretilebilirliği gibi faktörlere bağlıdır. [4,6]
Hidrojeller çok büyük miktarda suyu absorbe edebilen üç boyutlu polimer ağlarından
oluşmaktadır. Bu maddeler yumuşak, esnek yapıda ve büyük miktarda su içermektedir.
Kitosan hidrojelleri çeşitli yollarla sentezlenebilmektedir. Kitosan hidrojel formunu, fiziksel
olarak birleşme ya da kimyasal olarak çapraz bağlama ile elde edilir. Kovalent bağlı kitosan
hidrojelleri tersinir olmayan kovalent bağları oluşturan kimyasal hidrojelerdir. Tersinir bağlar
ile oluşturulan kitosan hidrojelleri ise fiziksel hidrojellerdir. Stabil hidrojeller çapraz
bağlayıcılar eklenerek ya da çapraz bağlayıcı eklemeden polimer zincirleri arasındaki direk
etkileşim ile elde edilebilir. [7]
Kitosan jelleri, bazik pH’larda çöken ve suda çözünmeyen kompleksleri oluşturan viskozik
çözelti oluşturmak için organik çözeltilerin sulu çözeltilerinde kitosanın çözülmesiyle elde
edilir. Kitosan jellerini hazırlamak için çözgen buharlaştırma, çapraz bağlama ve
nötralizasyon gibi farklı yöntemler kullanılmaktadır. Örneğin nötralizasyon yöntemi temel
olarak kitosan çözeltisine NaOH eklenerek farklı büyüklükte ve gözeneklilikte küresel
boncukların elde edilmesinde kullanılmaktadır. [8]
Kitosan filmleri şeffaf, homojen, esnek, iyi bir oksijen bariyeri ve mekanik özelliğe sahiptir.
Fakat su buharı geçirgenlikleri düşüktür. Kitosan filmlerinin özellikleri molekül ağırlığı,
kitosan kaynağı, deasetilasyon derecesi, film oluşturma yöntemi, amin grubu üreten
mekanizma ve çözücü türü gibi morfolojik özelliklere bağlıdır.
Kitosan lifleri ilk defa 1926 yılında araştırılmış olup, kitosanın diğer bir fiziksel formudur.
Kitosan ile karşılaştırıldığında mekanik özelliklerinin üstünlüğü gibi çok sayıda avantaja
sahiptir. Üretim maliyetleri yüksektir, bu nedenle araştırmacıların bu liflerin üretim
maliyetlerini düşürmek için bu liflerin diğer lifler ile karışımları ve kompozitleri ile ilgili
çalışmalarına gereksinim vardır. Elektrospinning ve kitosan nano lif yapıları özellikle son
yıllarda çok sayıda araştırmacı tarafından araştırılmıştır. [4]
171
XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2 – 5 Nisan 2014
4. KİTOSAN FORMLARININ TEKSTİL ENDÜSTRİSİNDE UYGULAMALARINA
İLİŞKİN SON YILLARDA YAPILAN ÇALIŞMALAR
Kitosan ve formlarına ilişkin son yıllarda yapılan bazı araştırmalar özetlenmiştir.
Chen ve arkadaşları (2005), hidrofob yapıdaki polipropilen nonwoven yüzeyleri düşük
sıcaklıktaki plazma ile hidrofil hale getirmişlerdir. Ardından, NIPAAm monomerini
polipropilen nonwoven yüzeylere uygulamışlardır. Gluteraldet çapraz bağlayıcı olarak
kullanarak
poli-NIPAAm
jel/nonwoven
yüzeylere
kitosan
immobilizasyonu
gerçekleştirmişlerdir. Kitosan hidrojelleri E. coli ve S. aureus bakterilerine karşı
antibakteriyel aktivite göstermiştir. [9]
Gupta ve arkadaşları (2010) farklı molekül ağırlığında polietilen glikol ve kitosan ile
membran geliştirmişlerdir. Geliştirilen bu membranları pamuklu kumaşlara uygulamışlardır.
Taramalı elektron mikroskobundan alınan sonuçlara göre, kumaşlar gözenekli bir yapı
göstermiştir. Kumaşların gözenekliliğinin % 51-70, gözenek genişliğinin 75-120 mikron
aralığında olduğu belirlenmiştir. Membranların hava ve su geçirgenlik özelliklerinin polietilen
glikolün molekül ağırlığının artmasıyla geliştiği gözlemlenmiştir.[10]
Nawalakhe ve arkadaşları (2012), kitosan ve salisilaldehit kullanılarak Schiff baz reaksiyonu
ile sentezlenen kitosan türevi immunokitosandan elektrospinning yöntemi ile nano lif eldesini
incelemişlerdir. Bu immunokitosan lifler pamuk gaze kumaşlara uygulanmıştır ve
antibakteriyel özellikleri incelenmiştir. Gaze/immunokitosan yapısının pek çok bakteri türüne
karşı iyi bir antimikrobiyal aktivite göstermiştir.[11]
Sasikala ve arkadaşları (2013), asetik asit ve laktik asit olmak üzere farklı iki çözgen
kullanarak oluşturulan kitosan ve bal hidrojel filmlerini geliştirmişlerdir. Su buharı iletkenliği
ve su absorbsiyonu için en etkili hidrojen film formülasyonu kitosan-1% laktik asit-6% bal
kullanılarak elde edilmiştir. Bu hidrojel filmlerin yara örtüleri için gerekli olan mukavemet ve
uzama özeliklere sahip olduğu ve S. aureus ve E. coli bakterilerine karşı çok yüksek koruma
sağladığı görülmüştür. [12]
5. SONUÇ
Kitosanın fonksiyonlarını geliştirebilmek ve kullanımını arttırabilmek için son yıllarda
kitosan formları sentezlenmektedir. Bu çalışmada, kitosan formlarının tekstil uygulamaları
incelenmiştir. Bu amaçla, bu konuya ilişkin son yıllarda yapılan çalışmalar derlenmiş ve
tartışılmıştır. Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar kitosanın genel olarak medikal alanda
kullanıldığını ortaya çıkarmıştır. Kitosan formlarının tekstil endüstrisinde kullanımı hala
kısıtlıdır ve gelecekte kullanımının yaygınlaşması beklenmektedir.
172
XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2 – 5 Nisan 2014
6. KAYNAKLAR
[1] El-Tahlawy, K.F., El-Bendary, M.A., Eldendawy, A.G., and Hudson, S.M., The antimicrobial
activity of cotton fabrics treated with different crossking agents and chitosan, Carbonhydrate
Polymers, 2005, 60, 421-430 pp.
[2] Lim, S.H. and Hudson, S.M., Review of Chitosan and Its Derivatives as Antimicrobial Agents
and Their Uses as Textile Chemicals, Journal of Macromolecular Science, Part C: Polymer Reviews,
2003, Vol. C43, No. 2, 223–269 pp.
[3] Aranaz, I., Harris, R., and Heras, A., Chitosan amphiphilic derivatives: Chemistry and
applications, Current Organic Chemistry, 2010, Vol:14, No:3, 308-330 pp.
[4] El-hefian, E. A., Nasef, M. M. and Yahaya, A.H., Chitosan Physical Forms: A Short Review,
Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2011, 5(5): 670-677 pp.
[5] Agnihotri, S. A., Mallikarjuna, N.N and Aminabhavi, T.M., Recent advances on chitosan-based
micro- and nanoparticles in drug delivery, Journal of Controlled Release, 2004, 100, 5 –28 pp.
[6] Bansal, V., Sharma, P.K., Sharma, N., Pal, O.P. and Malviya, R., Applications of Chitosan and
Chitosan Derivatives in Drug Delivery, Advances in Biological Research, 2011, 5 (1): 28-37 pp.
[7] Dash, M., Chiellini, F., Ottenbrite, R.M. and Chiellini, E., Chitosan—A versatile semi-synthetic
polymer in biomedical applications, Progress in Polymer Science, 2011, 36, 981–1014 pp.
[8] Kamburov, M. and Lalov, I., Preperation of Chitosan Beads for Trypsin Immobilization,
Pharmaceutical Biotechnology, Sofia, 2011, 50 Years Roumen Tsanev Instıtute of Molecular Biology,
06-07 October.
[9] Chen, K.-S., Ku, Y.-A., Lee, C.-H., Lin, H.-R., Lin, F.-H. & Chen, T.-M.,Immobilization of
chitosan gel with cross-linking reagent on PNIPAAm gel/nonwoven composites surface, Mat. Sci.
Eng., 2005, Vol:C 25, 472-478 pp.
[10] Gupta, B., Saxena, S., Arora, A. and Alam, M.S., Chitosan-polyethylene glycol coated cotton
membranes for wound dressing, Indian Journal of Fibre&Textile Research, 2011, Vol:36, 272-280 pp.
[11] Nawalakhe, R.G., Hudson, S.M., Seyam, A.F.M., Waly, A.I., Abou-Zeid, N.Y. and Ibrahim, H.S.,
Development of electrospun iminochitosan for improved wound healing application, Jour. of Engin.
Fibres and Fabrics, 2012, Vol:7, Issue.:2, 47-55 pp.
[12] Sasikala, L, Durai, B. and Rathinamoorthy, R., Manuka Honey Loaded Chitosan Hydrogel Films
for Wound Dressing Applications, International Journal of PharmTech Research, 2013, Vol.5, No.4,
1774-1785 pp.
173
Download

kitosan biyopolimerinin formları ve tekstil uygulamaları