Yeni nesil nanohibrit malzemelerin antibakteriyel aktivitelerinin incelenmesi
Investigation of antibacterial activities of newgeneration nanohybrid materials
Yazar: İLKNUR AKSOY
Danışman: PROF. DR. İMREN HATAY PATIR
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Klinik Bakteriyoloji ve Enfeksiyon Hastalıkları = Clinical Microbiology and Infectious Diseases ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
İki boyutlu bir yarı iletken olan siyah fosfor 2014 yılındaki ilk başarılı sentezinden bu yana bilim dünyasının dikkatini çekmektedir. Siyah fosfor (BP) ince ve katmanlı bal peteği şeklindeki yapısı, mükemmel fiziksel ve kimyasal özellikleri ve insan vücudu ile biyouyumlu olması sayesinde biyoteknoloji ve tıp alanlarında umut verici bir nanomalzemedir. Öte yandan bakterilerin geliştirdiği antibiyotik direnci, antibakteriyel tedavide karşılan en büyük problemlerden biridir. Son yıllarda nanomalzemeler, antibiyotik ilaçlara alternatif yaklaşımlarda çözüm odağı haline gelmiştir.
Bu çalışmada BP nanotabakaları, BP-Au ve BP-Ag nanohibritlerinin 808 nm  dalga boylu yakın kızılötesi (NIR) ışık etkisinde E. coli, E. faecalis, S. aureus ve MRSA üzerinde gösterdiği antibakteriyel/antibiyofilm aktivitesi araştırılmıştır. BP kristallerinin oksijensiz su içerisinde sonike edilmesiyle BP nanotabakaları oluşturulmuştur. Ayrı bir düzenekte Au ve Ag NP'lar sentezlenip, BP/Au ve BP/Ag nanohibritlerinin elde edilmesi için sıvı-faz kendi kendine birleştirme yöntemiyle BP üzerine eklenmiştir. BP ve BP/Au nanomalzemeleri geçirimli elektron mikroskopisi (TEM), X-ışınları kırınımı (XRD) ve Raman, zamana bağlı emisyon (TRES), UV-Vis-NIR spektroskopisi ve endüktif olarak eşleşmiş plazma kütle spektrometresi (ICP-MS) teknikleriyle karakterize edilmiştir. Hazırlanan nanomalzemelerin antibakteriyel aktiviteleri optik yoğunluk ölçümü ve koloni sayımı metotları ile incelenmiştir. Malzemelerin her birinin NIR ışık etkisi altındayken ışık olmadığı duruma göre daha yüksek bir antibakteriyel performans gösterdiği bildirilmiştir. Bakteriler üzerinde BP/Au ve BP/Ag nanohibritlerinin yalın haldeki BP'ye göre daha etkili olduğu rapor edilmiştir. Ayrıca fototermal etki ölçümü, oksidatif stres deneyi, floresan ve taramalı elektron mikroskopisi (SEM) teknikleri kullanılarak malzemelerin antibakteriyel mekanizmaları araştırılmıştır. Antibakteriyel etkide nanomalzemelerin sahip olduğu fototermal etki, oksidatif stres oluşturma ve bakteriyel membrana hasar verme kabiliyetlerinin önemli rol oynadığı belirtilmiştir. Ayrıca bu malzemelerin biyofilm oluşumunu inhibe edebilme özellikleri kristal viyole boyama yöntemi kullanılarak incelenmiştir. BP'nin ve BP/Ag'nin (64 µg/ml konsantrasyonunda) S. aureus ve BP/Au'nun E. faecalis bakterilerinin oluşturduğu biyofilmlerin yarısından fazlasını inhibe ettiği gözlenmiştir.

Abstract:
Black phosphorus (BP), a two-dimensional semiconductor, has attracted the attention of the science world since its first successful synthesis in 2014. BP is a promising nanomaterial in biotechnology and medicine owing to its thin and layered honeycomb structure, excellent physical and chemical properties, and biocompatibility with human body. On the other hand, antibiotic resistance developed by bacteria is one of the biggest problems encountered in antibacterial treatment.
Herein, the antibacterial/antibiofilm activity of BP, BP-Au and BP-Ag nanocomposites on E. coli, E. faecalis, S. aureus and MRSA under the effect of near-infrared (NIR) light with a wavelength of 808 nm. BP crystals were sonicated in deoxygenated water to obtain BP nanosheets. In another setup, Au and Ag nanoparticles were  synthesized and anchored on BP via the liquid self-assembly method to yield BP/Au and BP/Ag nanohybrids. BP and BP/Au were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and Raman, UV−vis−NIR, time-resolved emission (TRES), and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) techniques. Antibacterial activities of the nanomaterials were examined by optical density measurement and colony counting methods. Each of the materials has a higher antibacterial performance when under the influence of NIR light than when there is no light. BP/Au and BP/Ag nanohybrids are more effective on bacteria than bare BP nanosheets. In addition, antibacterial mechanisms of materials were investigated using photothermal effect measurement, oxidative stress test, fluorescence and scanning electron microscopy (SEM) techniques. Photothermal effect, oxidative stress and bacterial membrane damage mechanisms play significant role in the antibacterial effect. Also, biofilm inhibition capability of nanomaterials was examined by crystal violet assay and it was reported that BP and BP/Ag (64 µg/ml) inhibit more than half of the biofilms formed by S. aureus and BP/Au's E. faecalis strains.