1

METAL OKSİT NANOPARTİKÜLLERİNİN ÜRETİM YÖNTEMLERİ VE TEKSTİLDE

UYGULAMALARI

1.Metal Oksit Nanopartiküllerinin Üretim Yöntemleri

Çeşitli nano yapıların üretilmesinin temelinde “yukarıdan aşağıya” ve “aşağıdan yukarıya”

diye adlandırılan iki prensip vardır (1). Yukarıdan aşağıya prensibin de hacimsel malzemeye dışarıdan

mekanik veya kimyasal işlemler uygulanmaktadır. Böylece malzemeye enerji verilmiş olur ve

malzeme nano boyuta ayrılabilir. Yukarıdan aşağıya prensibine örnek olarak mekanik öğütme ve

aşındırma gösterilebilir. Aşağıdan yukarıya prensibi ise atomların veya moleküllerin kimyasal

reaksiyonlarla partikül oluşturması esasına dayanmaktadır. Sol jel, sprey piroliz örnek olarak

verilebilir (2).

1.1 Kimyasal Buhar Yoğunlaştırma Yöntemi

Kimyasal buhar yoğunlaştırma yöntemi (CVC) fazla miktarda nanopartikül üretimi için

uygundur. Bu yöntemde kolaylıkla buhar fazına geçebilen karboniller, klorürler gibi bileşikler

başlangıç malzemesi olarak kullanılmaktadır.

Yöntem gaz fazındaki malzemenin ısıl parçalanma ile partiküllere dönüşmesi esasına

dayanmaktadır. Başlangıç malzemesi gaz fazına geçtiği anda ortama gaz akışı verilerek buharın

reaktör içine girmesi ve burada ısıl parçalanması sağlanmaktadır. Parçalanma sonucu oluşan

nanopartiküller reaktör çıkışında toz toplama yöntemiyle toplanmaktadır. Taşıyıcı gaz olarak He, Ar

ve N2 kullanılabilmektedir.

Kimyasal buharlaştırma yönteminde taşıyıcı gazın hızı, başlangıç malzemesi, işlem sıcaklığı,

taşıyıcı gazın cinsi nanopartikülün boyutunu ve morfolojisini etkilemektedir (2).

Kimyasal Buhar Çöktürme Yönteminin Şematik Gösterimi (2)

Kimyasal buhar çöktürme yöntemi yüzeye ince film tabakasının kaplanması amacıyla da

kullanılabilmektedir. Bunun için kimyasal bileşik buharlaştırılır ve oluşan gazın sıcak bir altlık

üzerinde ayrışmasıyla yüzeye ince film tabakası kaplanmaktadır. Yöntemin en büyük avantajı altlık ile

2

uyumlu olmasıdır. Böylece karmaşık şekilli parçalarında yüzey kaplama işlemi

gerçekleştirilebilmektedir (3).

1.1.1 Kimyasal Buhar Yoğunlaştırma Yöntemi İle Çinko Oksit İnce Filmlerin Üretimi

Kimyasal buhar biriktirme yöntemin elementlerin buhar fazda katı film oluşturmak üzere

reaksiyona girerek ince film oluşturması esasına dayanır. Reaksiyona girecek olan elementlerin kısmi

basınçları, sıcaklık değerleri, toplam enerjileri çok iyi bilinmelidir.

Aoki ve arkadaşları safir taban üzerine tek kristal ZnO filmleri biriktirmişlerdir. Kullanılan

biriktirme reaksiyonları:

3ZnO + 2NH3 3Zn(g) + N2 + 3H2O (kaynakta)

Zn(g) + 2H2O ZnO + H2 (tabanda)

Buhar biriktirme yöntemlerinde hidrojen indirgeyici gaz olarak kullanılmaktadır. Ancak Aoki

ve arkadaşları film kalitesini arrtırmak ve birikme hızını düşürmek maksadıyla NH3 gazı

kullanmışlardır. Yaptıkları çalışmada katot sıcaklığı 870 – 880°C, taban malzemesi sıcaklığı 730 –

740°C, NH3 debisi 0,61 dk-1

, hedef katot arası mesafe 20 – 30 cm olarak belirlemişlerdir. Ayrıca

yöntemin dietil çinkonun yanında oksijen gazı da ilave edilerek çalışılmasının uygun olduğunu

söylemişlerdir.

Kullanılan Sistemin Şematik Görünüşü

1.2 Hidrojen Redüksiyon Yöntemi

Hidrojen redüksiyon yönteminde gaz fazından indirgeme ile metalik nanopartiküller

üretilmektedir. Bu yöntem demir grubu metal (Fe, Ni ve Co) nanopartiküllerin sentezlenmesinde

kullanılmaktadır. Yöntem üç aşamadan oluşur:

1 – Partikül oluşumu

2 – Partikül toplanması

3 – Gaz yıkama

3

Hidrojen Redüksiyon Yönteminin Gösterimi

Partikül oluşumu aşamasında ilk olarak başlangıç çözeltisi buharlaştırılmakta ve hidrojen gazı

ile ön ısıtma bölgesine sevk edilmektedir. Daha sonra buhar indirgeme reaksiyonunun gerçekleşeceği

sıcak bölgeye geçer ve partikül oluşturulur. Yöntemde hidrojen gazı redükleyici ve taşıyıcı olarak

kullanılmaktadır (2).

1.3 Alev Sentezi Yöntemi

Alev sentezi yöntemi buhar fazından sentez yöntemlerindendir. Yöntem nanopartikülerin ticari

olarak üretimi için yaygın bir kullanıma sahiptir. Partikül morfolojisinin kontrolü, partikül boyut

dağılımının kontrolü ve düşük maliyetli olması sistemi cazip hale getirmiştir. Alev ortamının yüksek

oksitleyici özelliğinden dolayı yöntem özellikle oksit nanopartikülllerin üretiminde kullanılmaktadır.

Başlangıç maddesi olarak kolay uçuculuğa sahip metal halojenürler kullanılır. Oluşan buhar fazı hava,

hidrojen veya oksijen gibi bir gazla alev ortamına taşınır ve reaksiyonlar sonucunda atom kümeleri,

atom kümelerinin birleşimiyle de nanopartiküller oluşur (2).

1.4 Sol Jel Yöntemi

Sol jel yöntemi seramik ve metal oksit tozlarının elde edilmesinde ve yüzey kaplamada

kullanılmaktadır. Bir sıvı ile kolloidal katı partiküllerin oluşturduğu stabil süspansiyona sol denir. Üç

boyutlu olarak birbirine bağlanmış yapısı ise jeli meydana getirir. Sol reçetesinde başlatıcı madde,

solventler ve şelatlama maddesi bulunmaktadır. Şelatlama maddeleri reaksiyonda katalizör görevi

görürler (4). Sol jel prosesi başlangıç malzemesinin hidroliz ve yoğunlaşma kademelerinden

oluşmaktadır. Başlangıç malzemesi olarak genellikle metal alkoksitler kullanılmaktadır. Metal alkoksit

bileşiklleri su ile hidroliz edilir ve kondenzasyon sonucunda nanoparçacıklar elde edilir. Oluşan çözelti

yıkama ve kurutma işlemlerinden geçirildikten sonra yüksek sıcaklık uygulanarak kristal yapıdaki

metal alkoksitlere dönüştürülür.

M (OR)n + H2O M (OR) y – x(OH) + x ROH

M (OR)n alkoksitlerin genel gösterimidir. M metali, R CH3 , C2H5 gibi alkalileri ve n metalin

değerliğini ifade etmektedir (3).

Sol jel tepkimelerinde hidroliz ve kondenzasyon basamaklarının hızı oluşacak parçacığın

özelliğini etkilemektedir (1).

4

Hidroliz Hızı Kondenzasyon Hızı Sonuç

Yavaş Yavaş Kolloidler / soller

Hızlı Yavaş Polimerik soller / jeller

Hızlı Hızlı Kolloidal jel veya çökme

Yavaş Hızlı Kontrollü çökme

1.4.1 Sol Jel Kaplama Yöntemleri

Tekstil endüstrisinde sol jel teknolojisi ile kaplamalar kullanılarak çok farklı özelliklere sahip

mamuller elde etmek mümkündür. Sol jel teknolojisi tekstilde su, yağ ve kir iticilik, kokuların

kontrollü salınımı, biyouyumluluk özellikleri, boyama dayanımı, filtrasyon, seçici geçirgenlik,

buruşmazlık, UV koruyucu, güç tutuşurluk, süper hidrofob yüzeyler, antimikrobiyal kumaşlar

alanlarında kullanılmaktadır (4).

Başlangıç malzemesinin hidroliz ve yoğunlaşmasıyla oluşan çözelti altlıklara sol jel kaplama

yöntemleriyle aktarılır. Sol jel kaplama yöntemleri üç çeşittir. Bunlar daldırarak kaplama, spin

kaplama ve püskürterek kaplama yöntemleridir. Bu tekniklerden herhangi biriyle eldedilen amorf film

genellikle 500-800 0C de tavlanarak kristalleştirilmekte ve yoğunlaştırılmaktadır. Böylece homojen

filmler elde edilmiş olur. Sol jel yöntemiyle kaplamanın avantaj ve dezavantajları aşağıdaki tabloda

görülmektedir (Turhan 2000).

Avantajları Dezavantajları

Kaplanan filmin mikro yapısının kolaylıkla

kontrol edilmesine olanak sağlar.

Malzeme maliyeti fazladır.

Gerekli alet ve malzeme çok basittir. Filmlerde karbon çökeltisi kalır.

Kaplanan malzemenin her yerinde aynı

kalınlık elde edilebilir

Kullanılan malzeme sağlığa zararlı olabilir.

Saf kaplama elde edilebilir. İşleme sırasında malzeme kaybı fazladır.

Düşük işleme ısısı gerektirir.

Hava kirliliğine sebep olmaz.

Enerji tasarrufu sağlar.

Hazırlanan ortamla etkileşmede bulunmaz.

Yeni malzemelerin bulunabilmesi için uygun

bir yöntemdir.

Gözenekli yapı oluşur.

Her türlü geometriye sahip malzemeye

uygulanabilir.

1.4.1.1 Daldırarak Kaplama

Daldırarak kaplama bir tabakayı solüsyon içine daldırma ve daha sonra tabakayı yavaşça geri

çekme işlemiyle gerçekleştirilir. Tabaka dışarı doğru çekilirken üzerinde bulunan fazla solvent

tabakadan uzaklaşır. Daha sonra solventin buharlaşmasıyla ince film elde edilir. Daldırma işlemi

birkaç kez tekrarlanarak kalın bir film tabakası elde edilebilmektedir. Tek daldırmada elde edilen film

kalınlığı 0,1 – 0,45 mikron arasında olmalıdır. Daldırma tekniğinin düzgün bir kaplama elde

edilebilmesi, kaplama kalınlığının kolay kontrol edilebilmesi, çok katlı kaplamalar yapılabilmesi gibi

avantajları vardır.

5

1.4.1.2 Püskürterek Kaplama

Püskürterek kaplama yönteminde solüsyon ısıtılmış tabaka üzerine püskürtülür. Damlacıklar

tabakaya çarptığında çözünen madde tabakada yoğunlaşır, bu esnada solvent buharlaşır ve bir süre

sonra ince film tabakası elde edilmiş olur.

1.4.1.3 Döndürerek Kaplama

Spin kaplama yönteminde kaplama yapılacak tabakaya birkaç damla solüsyon damlatılır ve

tabaka 3000 – 4000 rpm’e varan hızlarda döndürülür. Döndürmenin verdiği etkiyle solüsyon tabakaya

yayılır ve bu esnada solvent buharlaşmaya başlar. Böylelikle ince film tabakası elde edilir.

Yüzeye damlatılan solüsyonda büyük parçacıkların olmamasına ve yüzeye yapışır özellik

göstermesine dikkat edilmelidir (5).

1.4.2 Sol Jel Yöntemiyle Üretilen ZnO Nanopartiküllerinin Cam Yüzeye Aktarılması

1.4.2.1 Çözeltinin Hazırlanması

Başlangıç çözeltisinde çinko kaynağı olarak çinko asetat ((CH3COO)2Zn·2H2O)

kullanılmıştır. Daha sonra çinko asetatın bulunduğu behere çözücü olarak propanol ve dietilamin

eklenmiştir. Ayrıca çözeltinin yüzeye tutunmasının arttırmak için çözeltiye bir miktar polietilen glikol

ilave edilmiştir. Karıştırma işlemi 50 0C de manyetil karıştırıcıda gerçekleştirilmektedir.

1.4.2.2 İnce Film Tabakasının Kaplanması

Hazırlanan solüsyon cam tabaka üzerine birkaç damla damlatılarak döndürerek kaplama

yöntemiyle çözelti altlık üzerine yayılır ve ısıl işlemle ince film tabakası elde edilmiş olur.

Spin kaplama yönteminde iki tür ısıtma yapılır. Birincisi spin kaplamadan sonra solventi

buharlaştırma ve filmi sertleştirme amacıyla yapılan kurutmadır. İlk kurutmanın oksit dönüşümlerinin

gerçekleşmeyeceği kadar düşük sıcaklıklarda yapılmasına dikkat edilmelidir. (140 0C, 250

0C gibi)

İkinci ısıtmanın amacı ise çinko asetattan ZnO’e dönüştürme gibi asıl materyali elde etmek

için yapılır. 500-600 0C arasında ısıl işlem uygulanır.

Sonuçta UV dayanımı yüksek cam mamül elde edilmektedir (5).

1.5 Sprey Piroliz Yöntemi

Diğer üretim yöntemleriyle karşılaştırıldığında oldukça ekonomik olan sprey piroliz

yöntemiyle küresel, çok farklı kimyasal bileşime ve morfolojiye sahip nanopartiküllerin üretilmesi

mümkündür. Başlangıç malzemesi olarak üretilecek malzemeyi ihtiva eden bir çözelti ile işleme

başlanılmaktadır. Değişik atomizasyon teknikleri kullanılarak çözeltiden aerosol damlacıkları

oluşturulur. Oluşan damlacıklar ısıtılmış bölgeye geçer, sıcaklığın etkisiyle çözücü damlacık

formundan uzaklaşmakta ve katı partikül haline gelmektedir. Farklı atomizasyon tekniklerinin

kullanılması oluşan aerosol boyutunu etkilemektedir. Bu da farklı boyutlarda partiküller elde

edilmesini sağlamaktadır (3).

6

Sprey Piroliz Sistemi

1.6 Ultrasonik Sprey Proliz Yöntemi

Ultrasonik atomizasyon ile sprey elde etme yöntemi uzun yıllar medikal uygulamalarda

kullanımıştır. Bu yöntem Grenoble Nükleer Araştırma Merkezi tarafından geliştirilmiş ve Pirosol

tekniği olarak patenti alınmıştır. Bu yöntemle üstün kaliteli yarıiletken oksit ince filmlerin üretimi ön

plana çıkmıştır (2). USP yöntemi ucuz bir yöntem olmasının yanında yüksek saflıkta partikül üretimi,

partiküllerin boyut dağılımının kontrolü ve partikül bileşemlerinin kontrolü gibi avantajlarada sahiptir.

Başlangıç çözeltisi ürünün yüksek saflıktaki metal tuzlarıyla hazırlanmaktadır. Çözelti

ultrasonik atomizere konulduktan sonra nanopartikül üretimi dört aşamada gerçekleşir. Bu aşamalar:

1 – Başlangıç çözeltisinden damlacık oluşumu

2 – Oluşan damlacığın taşıyıcı gazlarla fırına taşınması ve bu esnada buharlaşmayla çekilmesi

3 – Isıl parçalanma ve başlangıç çözeltisinin okside dönüşmesi

4 – Katı partikülün oluşması (3).

USP Yönteminin Şematik Gösterimi

7

2.Metal Oksit Nanopartiküllerinin Tekstilde Kullanımı

Nanoteknoloji tekstil sektörünüde girmiş ve beraberinde çok büyük yenilikleri getirmiştir.

Nano materyaller bir, iki veya üç boyutlu olabilmektedirler. Tek boyutlu nano materyaller çok ince

yüzey filmleri veya kaplamaları olarak kullanılmaktadır. İki boyutlu nano materyaller, nanolif ve

karbon nano tüpleridir. Havacılık, uzay gemileri, otomobil endüstrisi gibi yüksek mukavemetli

ürünlerin gerektiği yerlerde nanokompozitlerin yapımında kullanılabilmektedir. Üç boyutlu nano

materyallerde antimikrobiyal, yağ ve kir iticilik, güç tutuşurluk, UV absorbsiyon, gibi geniş alanlarda

kullanılmaktadır (6).

Düşük kimyasak kullanımı: düşük enerji maliyeti: fiziksel ve mekanik özellik kaybının az

olması, çok fonksiyonlu ürünlerin elde edilmesi nanoteknolojiyinin tekstil uygulamalarında tercih

edilmesine sebep olmaktadır (4).

TiO2, Al2O3, ZnO ve MgO gibi metal oksitler fotokatalitik, UV absorbsiyon ve

fotooksidasyon gibi özelliklere sahiptirler. Nano boyuttaki metal oksitler fotokatalitik etkileri

sebebiyle toksit ve zararlı yapıların bozulmasını sağlamaktadır. Böylelikle antibakteriyel tekstil

ürünleri ve kendi kendini temizleyen giysiler üretilebilir (4).

Dolgu materyali olarak ZnO nanopartikülleri kullanılan naylon lifleri UV koruma

sağlamaktadır. Yapılan işlemle naylon liflerinin antistatik özellik kazandığıda görülmektedir. TiO2 ve

MgO gibi nanopartiküller lif çekimi sırasında, elektrostatik yöntem veya spreyleme yöntemiyle life

uygulanarak kendi kendini temizleme özelliğine sahip kompozit lifler elde edilebilmektedir.

Kore’de “Mipan Nano-Magic Silver” adında yeni bir lif üretilmiştir. Gümüş nanopartikülleri

polimerizasyon işlemi sırasında ilave edilerek antibiyotik açıdan son derece iyi lifler elde edilmektedir

(6).

3.Sono Kimyasal İle Tekstil Yüzeyine Kaplanmış ZnO Nanoparçacıkların Antibakteriyel

Etkisinin Değerlendirilmesi (7)

Nozokimyasal enfeksiyonlar hastane veya bir sağlık kuruluşunda yapılan tedavi ile ilişkilidir.

Bir enfeksiyon hastaneye yatıştan 48 saat sonra veya taburcu olduktan sonra 30 gün içerisinde ortaya

çıkarsa nozokimyasal olarak kabul edilir. Bu mikropların hızlı ve kontrolsüz bir şekilde çoğalması

ciddi sağlık problemlerine yol açmaktadır. Nozokimyasal enfeksiyonların oluşmasının ve yayılmasının

azaltılması için antimikrobiyal tekstiller kullanılabilmektedir. Tekstil mamülleri bakteri ve enfeksiyon

taşıyıcı olarak kabul edilmektedir. Geliştirilen antimikrobiyal giysiler sayesinde hastane çalışanları ve

ziyaretçiler enfeksiyonlardan etkilenmeyecektir.

Sono kimyasal Bar Ilan Üniversitesinde gerçekleştirilen laboratuvar ölçekli bir yöntemdir. Bu

teknik, ultrasonik dalgaların kullanımı yoluyla kumaş üzerine antibakteriyel nanopartiküllerin

sentezlenmesi ve emdirilmesi temeline dayanmaktadır. Ultrasonik ışınlama ile çeşitli nanopartiküllerin

yüzeyde birikiminde etkin bir yöntem olarak kullanılmıştır. Bu işlemle çok yumuşak ve homojen bir

tabaka elde edilebilmektedir. Antimikrobiyal kumaşın eş zamanlı sentezi ve kaplanması üretim adım

sayısını azaltır ve böylece maliyette düşer.

Antimikrobiyal maddeler büyümeyi durduran doğal ya da sentetik bileşiklerdir. Bu amaçla

metal oksitler kullanılabilmektedir. Bu maddeler bakterilerin hücre duvarlarına doğrudan zarar vererek

bakterileri yok ederler. Antimikrobiyal kaplamaların üretiminde çinko oksit, bakır oksit, magnezyum

oksit, titanyum dioksit ve gümüş kullanılmaktadır.

8

Çinko oksit antimikrobiyal işlemler için yaygın olarak kullanılan bir metal oksittir. Yapılan

çalışmalarda çinko oksidin insan hücrelerine zarar vermediği görülmektedir. Yamamoto (2001)

tarafından ZnO nanopartiküllerinin antimikrobiyel aktivitesini değerlendirmek için yapılan çalışmada

10-50 nm boyutundaki parçacıkların 2 mikron boyutundaki parçacıklara göre daha iyi antimikrobiyel

özellik gösterdiği görülmektedir. Sharma ve ark. (2010) yaptığı çalışma ZnO nanopartiküllerinin

antimikrobiyel etkinliğinin hücre yüzeyi ile elektrostatik bir etkileşime bağlı olduğunu göstermektedir.

Bu çalışma ZnO nanopartikülleriyle kaplanmış pamuklu kumaşın antimikrobiyal özelliklerini

araştırmak için yapılmıştır.

Kumaşların Hazırlanması

Çinko tozu asetat, etanol ve su (9:1) karışımı içerisinde çözüldü ve kaplama tankına aktarıldı.

Daha sonra birkaç damla amonyum hidroksit ilave edilerek ± ° C ile 55 ° C de pH 8’e gelene kadar

ultrasonik dönüştürücülerde ısıtıldı. Pamuk rulosu ultrasonik alan boyunca sabit hızda ( 22 cm. min-1)

beslendi ve yüzey kaplaması yapıldı. Kaplama sonucunda pamuk rulo su ve etanol ile yıkandı ve

kurutuldu.

Disk Difüzyon Yöntemi

Birinci adımda elde edilen test mikroorganizmaları agar plakalarına sürülmektedir. Daha sonra

test ve kontrol kumaşlarından 10 mm çapında dairesel parçalar kesilip ve plaka üzerine yavaşça

preslenmektedir. Bu şekilde 18-24 saat arası 37° C sıcaklıkta beklenilmektedir. Süre sonunda test

kumaşıyla kontrol kumaşı karşılaştırılarak bakterilerin gelişimi incelenmektedir.

Besin, Et Suyu Şişesi Testi

Bu test antimikrobiyal bitim işlemi uygulanmış kumaşta bakteri büyümesini izlemek için

yapılmıştır. Test ve kontrol kumaşları 5 x 5 cm boyutunda küçük parçalar halinde kesilmiştir.

Kumaşlar et suyu ile iyice ıslatıldıktan sonra hazırlanan test mikroorganizmalarıyla aynı kaba

konmaktadır. Kaplar daha sonra 37° C sıcaklıkta döner sarsma kuluçka makinasına yerleştirilmekte ve

makine 110 rpm’ de 3 saat çalkalanmaktadır. 30 dakikalık aralıklarla kumaşlardan kontroller

yapılmaktadır. Son olarak da 24 saat sonundaki değerler kontrol edilmiştir.

Fizyolojik Serum Balon Testi

Besin kaynağı olmadan tuzlu su ortamında antimikrobiyel kumaş üzerinde bakterilerin

yaşamasını değerlendirmek amacıyla yapılmaktadır. Test kumaşı ve kontrol kumaşı bakteriler ile

temas ettirilmektedir. Sonra kumaşlar alınıp içerisinde tuzlu su bulunan erlenmayere yerleştirilir ve

erlenmayer 37° C sıcaklıkta 3 saat döndürülmüştür. 0, 1, 3 ve 24 saat sonlarında yaşayan

mikroorganizma sayısı kontrol edilmiştir.

Sonuçlar Ve Tartışma

Çinko oksit nanopartiküllerinin antibakteriyel etkisini araştırmak için çeşitli deneyler

yapılmıştır. Çinko oksitin bakteri gelişimini engelleme etkisini ölçmek için disk difüzyon yöntemi

kullanılmıştır. Antibakteritel kaplama yapılan kumaş ve kontrol kumaşın gelişimi engellemesi ile ilgili

bilgiler aşağıdaki tabloda görülmektedir. Deney sonucunda çinko kaplı pamuklu kumaşta S. Aureus

organizmasının gelişiminin engellendiği çap 18.5 mm, E. Coli organizmasının gelişiminin

engellendiği çap 13.5 mm olarak tespit edilmektedir.

9

Gelişimin Engellendiği Bölge Çapı (mm)

Seçilen Kumaş Organizma 1 2 Ortalama

ZnO S. aureus 18 19 18.5

E. coli 13 14 13.5

Kontrol S. aureus 0 0 0

E. colli 0 0 0

Besin et suyu test yönteminde ortamın yoğunluğu ölçülerek bakteri büyümesi tespit edilmiştir.

Bakteri türlerinin çinko oksit kaplı kumaş etkisiyle azalması aşağıdaki tabloda gösterilmektedir. Bu

deneyle çinko oksit nanopartiküllerinin çok yüksek antimikrobiyal etkisi tespit edilmektedir.

Organizmalar

3 saat sonra yapılan

ölçüm % azalma

24 saat sonra yapılan

ölçüm % azalma

Kontrol ZnO Kontrol ZnO

S. aureus 0.0218 0.0006 97.24 1.665 0.002 99.87

E. coli 0.0770 0.0103 86.62 2.1137 0.0037 99.82

Sonuç

ZnO nanopartiküllerle kaplı pamuklu kumaş işlem görmemiş pamuklu kumaşla

karşılaştırıldığında çok yüksek antibakteriyal özelliğe sahip olduğu görülmektedir. Çinko oksit

nanopartiküllerinin staphylococcus aureusa bakterilerine olan etkisinin eschericia coli bakterilerine

göre daha fazla olduğu görülmektedir.

4.Antimikrobiyal Tekstil Üretimi İçin Çinko Oksit Nanopartiküllerinin Kullanımı (8)

1.Giriş

Nanobilim ve teknolojinin son on yılda hızlı bir şekilde ilerlemektedir. Metal ve metal oksitler

gibi inorganik maddeler sert işlem koşullarına dayanma yeteneğiyle çok ilgi çekmektedir. Onlar

sadece işlem koşullarına dayanıklılığıyla değil aynı zamanda insan sağlığına yararlı olmalarıyla da çok

özel bir yere sahiptirler. Gümüş ve çinko oksit nanoparçacıkları antimikrobiyal özellikleri nedeniyle

enfeksiyon hastalıklarının durdurulmasında bir çözüm olarak görülmektedir.

Bu çalışmada ZnO nanopartiküllerin sentezi için basit bir yöntem kullanılarak nanopartiküller

pamuklu kumaşa kaplandı ve bitmiş kumaşın değerlendirmeleri yapıldı.

2.Gereç ve Yöntem

2.1 Nanoparçacıkların Hazırlanması

Çinko oksit nanopartiküllerinin eldesi için çinko nitrat, öncü ve stabilize edici olarak çözünür

nişasta ve sodyum hidroksit kullanılarak ıslak kimyasal yönteme göre çözelti hazırlanmıştır. Çözünür

nişasta değişik konsantrasyonlarda (% 0.1,% 0.5 ve% 1.0) 500 ml damıtık su içinde mikrodalga fırın

kullanılarak çözüldü. Daha sonra çözeltinin içine 14.874 g (0.1 M) çinko nitrat ilave edildi. Çinko

nitratın tamamen çözünmesi için manyetik bir karıştırıcı kullanıldı. Çinko nitratın tamamen

çözünmesinden sonra sürekli karıştırılarak damla damla sodyum hidroksit (çalışmada 20 ml

10

kullanılmıştır) ilave edildi. Sodyum hidroksit eklemenin tamamlanmasından sonra iki saat daha

karıştırmaya devam edilmektedir. Reaksiyon tamamlandıktan sonra çözelti gece boyunca çökelmeye

bırakılmıştır. Çökelme işlemi gerçekleştikten sonra üstte yüzen madde dikkatli bir şekilde

uzaklaştırılır. Geri kalan çözelti 10 dakika boyunca santrifüje edilir ve elde edilen nanopartiküller saf

su ile üç kez yıkanır. Yıkama işlemi nanopartiküllere bağlı olan nişastayı uzaklaştırmak için

yapılmaktadır. Yıkamadan sonra nanopartiküller gece boyunca 80 0C de kurutulmuştur. Kurutma

sırasında çinko hidroksit tam olarak çinko okside dönüşmektedir.

2.2 Kumaş Üzerine Uygulanması

Bez ayağı formunda dokunmuş %100 pamuklu kumaş uygulama için kullanılmıştır. Çinko

oksit nanopartikülleri Pad-dry-cure yöntemiyle pamuklu kumaş üzerine aktarılmıştır. Kumaş 30 x 30

cm boyutunda kesilir ve ZnO nanopartiküllerini (%2) ve akrilik bir yapıştırıcıyı (%1) bulunduran

çözelti içine 5 dakika süreyle daldırılır. Daha sonra kumaş sıkma silindirleri arasından geçirilir ve 3

dakika boyunca 140 0C hava ile kurutulur. Kumaşa tam olarak bağlanmamış nanopartikülleri

uzaklaştırmak için kumaş minimum 5 dakika süreyle 2 g/l sodyum lauril sülfat çözeltisi içine

daldırılır.

2.3 Antibakteriyel Aktivite Değerlendirilmesi

2.3.1 Kalitatif Test

2.3.1.1 Agar Difüzyon Yöntemi

Üretilen test bakterileri (E.coli ve S.aureus) steril bir pamuklu kumaş kullanılarak agar

yüzeyine sürülmekte ve üzerine ZnO kaplı pamuklu kumaş ile kontrol kumaşı preslenmektedir.

Plakalar 18-24 saat boyunca 37 0C de bekletilmektedir.

2.3.2 Kantitatif Test

2.3.2.1 Azalma Yüzdesi Testi

Test malzemeleri, bakteriyel süspansiyonun ve bilinen konsantrasyonda çözeltinin bulunduğu

kapta çalkalandı ve bakterilerin azalması ölçüldü. Antibakteriyel etki kontrol kumaşıyla test kumaşı

arasındaki bakteri konsantrasyonunun azalmasıyla değerlendirildi.

2.4 SEM İle Topoğrafik Analiz

ZnO nanopartiküllerle kaplanan kumaş tarama elektron mikroskobuyla incelenip

değerlendirmeler yapılmıştır.

2.5 Bitmiş Kumaşın Yıkama Dayanıklılığı

Alınan flotte 1:50 oranında olan bitmiş kumaş 40 0C de 30 dakika nötr sabun kullanılarak

yıkanmaktadır. Yıkama ve kurutma işlemi bittikten sonra yukarıdaki yöntemlerle antimikrobiyallik

değerleri ölçülmektedir.

3. Sonuçlar ve Tartışma

Çinko oksit nanopartiküllerinin agar difüzyon yönteminde S.aureus ve E.coli bakterileri

üzerine antimikrobiyal etkisi aşağıdaki tabloda görülmektedir.

11

Kumaş Organizma Gelişimin Engellendiği Bölge (cm)

1 2 3 Ortalama

ZnO nanopartikül

Kaplı Kumaş

S.aureus 4.9 5.3 5.4 5.2

E.coli 3.4 3.2 3.3 3.3

ZnO Kaplı Kumaş S.aureus 2.3 2.8 2.4 2.5

E.coli 1.9 1.5 1.7 1.7

Kontrol Kumaşı S.aureus 0 0 0 0

E.coli 0 0 0 0

Çinko Oksit Nanopartiküllerinin Antibakteriyel Etkisinin Gösterimi

Hiçbir işlem görmemiş kumaşın antimikrobiyal etki göstermediği, ZnO nanopartiküllerle kaplı

kumaşın mikron boyutunda ZnO parçacıklarla kaplı kumaşa göre daha fazla antimikrobiyal etki

gösterdiği görülmektedir.

Kantitatif bakteriyel azalma yüzdesi testinde elde edilen sonuçlar aşağıdaki tabloda

görülmektedir. Çinko nanopartiküller E.coli bakterilerinde % 86.5 lik bir azalmaya sebep olurken

S.aureus bakterilerinde %94.16 lık azalmaya sebep olmaktadır. Mikron boyutundaki çinko oksitlerle

kaplanan yüzeyde ise antimikrobiyal etki nanopartiküllerin nerdeyse yarısı kadardır. Kontrol kumaşda

ise hiçbir antibakteriyal etki görülmemiştir.

Kumaş Organizma Başlangıç Bakteri

Sayısı hücre/ml

Sonuç Bakteri

Sayısı hücre/ml

% azalma

ZnO

nanopartikül

Kaplı Kumaş

S.aureus 6x106

0.35 x106

94.16

E.coli 6x106 0.81 x10

6 86.5

ZnO Kaplı

Kumaş

S.aureus 6x106 3.1 x10

6 48.33

E.coli 6x106 3.5 x10

6 41.66

Kontrol Kumaşı S.aureus 0 0 0

E.coli 0 0 0

Çinko Oksit Nanopartiküllerinin Azalma Yüzdesi Tekniğine Göre Etkisinin Gösterimi

Elektron mikroskobuyla yapılan tarama ıslak kimyasal yöntemi ile üretilen çinko oksit

nanopartiküllerinin 60-75 nm partikül boyutu aralığında olduğunu göstermektedir. Sem ile elde edilen

görüntüler aşağıdaki şekilde görülmektedir.

Çinko Oksit Nanopartiküllerini Gösteren SEM Görüntüsü

12

Kumaş Üzerine Gömülü Çinko Oksit Nanopartiküllerini SEM Görüntüsü

3.1 Yıkama Dayanıklılığı

Test kumaşları ile yürütülen yıkama dayanımı testinde 10 yıkama sonunda bile antimikrobiyal

etki belirgin bir şekilde görülmektedir. Çinko nanopartiküllerle kaplı yüzeyde 10 yıkama sonunda %

bakteri azalmasında çok düşük bir değişim varken, mikron boyutunda çinko oksit ile kaplanan

yüzeyde tekrarlanan 5 yıkama sonunda antimikrobiyal etkinin kaybolduğu görülmektedir.

Yıkama Sayısı

ZnO nanopartikül Kaplı Kumaş ZnO Kaplı Kumaş

% Bakteri Sayısının Azalması % Bakteri Sayısının Azalması

S.aureus E.coli S.aureus E.coli

1 94.05 86.28 47.27 40.22

2 93.62 85.94 37.59 32.52

5 89.42 81.38 19.49 11.24

10 74.36 69.54 0 0

15 40.25 34.96 0 0

20 12.05 9.85 0 0

25 0 0 0 0

30 0 0 0 0

Yıkama Dayanımı Testi Sonuçları

4.Sonuç

Pamuklu kumaşlara fonksiyonel özellikler kazandırmak için basit bir yöntem geliştirilmiştir.

Çinko oksit nanopartiküllerle kaplı pamuklu kumaşın antimikrobiyal özellik kazandığı tespit

edilmiştir. Ayrıca nanopartiküllerle kaplı kumaş, mikron boyutlu parçacıklarla kaplanmış kumaşa göre

daha iyi özellikler göstermektedir. Dolgu koşulları, parçacık boyutu değiştirilerekpamuklu kumaşlar

için daha gelişmiş antimikrobiyal etki için çalışılabilir. Uygulanan yöntem polyester, ipek ve diğer

kumaşların özelliklerini geliştirilmesinde de uygulanabilir.