Metal nanopartikül yüklü bakır sülfürlerin antibakteriyel aktivitesinin araştırılması
Investigation of antibacterial activities of metal nanoparticle-loaded copper sulfides
Yazar: HACER KURT
Danışman: PROF. DR. İMREN HATAY PATIR
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji = Infectious Diseases and Clinical Microbiology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Günümüzde, antibiyotiklere alternatif olarak daha az maliyetli ve daha etkili hibrit formlar
araştırılmaktadır. Bu nedenle, nanomalzemelerin verimliliğini artırmak için hibrit formda kullanılmaları
gerekmektedir; yapılan çalışmalar, hibrit materyallerin tek başına kullanılan nanomalzemelerden daha
etkili olduğunu göstermektedir.
Nanomateryal bazlı antimikrobiyallerden biri olan bakır sülfür (CuS), biyofilm enfeksiyonlarıyla
mücadele etmek için potansiyel aktif terapötik ajan olarak ortaya çıkmıştır ve yakın kızılötesi (NIR) ışığı
altında hem fototermal hem de fotodinamik etkilerle üstün antibakteriyel aktivite göstermektedir. Bu tez
çalışmasında geçiş metallerinin (Mn, Zn ve Ni) CuxS'ün antibakteriyel aktivite üzerine etkisini araştırmak
için sıcak enjeksiyon yöntemiyle hazırlanan bakır bazlı nanoparçacıkların NIR ışığı altında Gram-pozitif
Staphylococcus aureus ve Gram-negatif Escherichia coli patojen bakterilere karşı etkisi araştırıldı. Etki
mekanizmalarının anlaşılması amacıyla fototermal etki, glutatyon tükenme deneyi, taramalı elektron
mikroskopisi (SEM) ve floresans mikroskopisi görüntülemeleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizler,
nanomalzemelerin antibakteriyel etki mekanizmasını açıklığa kavuşturmayı amaçlamaktadır.
Nanomalzemelerin antibakteriyel aktiviteleri, optik yoğunluk ölçümü metodu ile değerlendirilmiştir. Her
bir malzemenin, NIR ışık varlığı, yokluğuna kıyasla daha yüksek bir antibakteriyel performans sergilediği
belirlenmiştir. CuxS bazlı nanomateryallerin NIR ışığı altında bakteri üremesini baskıladığı ve biyofilm
yapılarının giderilmesi konusunda da dikkate değer bir etki göstermiştir. M:CuxS (M: Mn, Zn ve Ni)
nanoparçacıklarının antibiyofilm etkinliği, yalın haldeki CuS'den önemli ölçüde yüksek etki göstermiştir;
Mn:CuxS, Zn:CuxS ve Ni:CuxS için sırasıyla E. coli üzerinde %52,5, %62,2 ve %74,4 oranlarında
biyofilm inhibisyonu ile sonuçlandı. S. aureus'un biyofilm aktivitesinde ise Mn:CuxS, Zn:CuxS ve
Ni:CuxS nanoparçacıkları için sırasıyla %64,1, %68,4 ve %87,3 sonuçları bulunmuştur. Ni:CuxS, nispeten
daha küçük kristal yapı, parçacık boyutu ve enerji bant aralığına sahip olduğu için en yüksek
antibakteriyel aktiviteyi göstermiştir. Sonuç olarak, CuxS bazlı nanoparçacıkların biyouyumlu sinerjistik
antibakteriyel etkisi, çeşitli alanlarda geniş bir uygulama potansiyeline işaret etmekte ve aynı zamanda
geleneksel antibiyotik tedavilerine alternatif olan antibakteriyel/antibiyofilm yaklaşımları için bir rehber
niteliği taşımaktadır. Bu çalışma, nanoteknoloji alanında ilerlemeler sağlamak ve daha etkili tedavi
yöntemleri geliştirmek için temel bir adım olarak değerlendirilebilir.
Anahtar Kelimeler: antibakteriyel aktivite, antibiyofilm aktivite, bakır sülfür, yakın
kızılötesi ışık

Abstract:
Nowadays, less costly, and more effective hybrid forms are being explored as an alternative to
antibiotics. Therefore, nanomaterials need to be used in hybrid form to increase their efficiency; studies
show that hybrid materials are more effective than nanomaterials used alone.
Copper sulfide (CuS), one of the nanomaterial-based antimicrobials, has emerged as a potential
active therapeutic agent to combat biofilm infections and shows superior antibacterial activity through
both photothermal and photodynamic effects under near infrared (NIR) light. In this thesis, to investigate
the effect of transition metals (Mn, Zn and Ni) on the antibacterial activity of CuxS, the effect of copperbased nanoparticles prepared by hot injection method against Gram-positive Staphylococcus aureus and
Gram-negative Escherichia coli pathogenic bacteria under NIR light was investigated. Photothermal
effect, glutathione depletion assay, scanning electron microscopy (SEM) and fluorescence microscopy
imaging were performed to understand the mechanisms of action. These analyses aim to elucidate the
antibacterial mechanism of action of nanomaterials. The antibacterial activity of the nanomaterials was
evaluated by optical density measurement method. Each material was found to exhibit a higher
antibacterial performance in the presence of NIR light compared to its absence. CuxS-based nanomaterials
suppressed bacterial growth under NIR light and showed a remarkable effect on the removal of biofilm
structures. The biofilm activity of M:CuxS (M: Mn, Zn and Ni) nanoparticles showed significantly higher
activity than CuS in its bare form, resulting in biofilm inhibition of 52.5%, 62.2% and 74.4% on E. coli
for Mn:CuxS, Zn:CuxS and Ni:CuxS, respectively. Biofilm activity of S. aureus was 64.1%, 68.4% and
87.3% for Mn:CuxS, Zn:CuxS and Ni:CuxS nanoparticles, respectively. Ni:CuxS showed the highest
antibacterial activity due to its relatively smaller crystal structure, particle size and energy band gap. In
conclusion, the biocompatible synergistic antibacterial effect of CuxS-based nanoparticles indicates a
broad application potential in various fields also serves as a guide for antibacterial/antibiofilm approaches
as an alternative to conventional antibiotic treatments. This study can be considered as a fundamental step
to make advances in the field of nanotechnology and to develop more effective treatment methods.
Keywords: antibacterial activity, antibiofilm activity, copper sulfide, near infrared light