يُشكّل الانتشار المتزايد لمسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية تحديًا بالغ الأهمية للصحة العامة، مما يستلزم اتباع مناهج بديلة للعلاجات التقليدية المضادة للميكروبات. تبرز تقنية التعطيل الضوئي الديناميكي (PDI) كطريقة واعدة، حيث تقضي أنواع الأكسجين التفاعلية المُستحثة ضوئيًا (ROS) على الكائنات الدقيقة بفعالية دون التسبب في مقاومة الأدوية. من بين المواد المُطوّرة لتطبيقات التعطيل الضوئي الديناميكي، حظيت المركبات القائمة على بولي فينيل كلوريد (PVC) باهتمام كبير نظرًا لمتانتها ومتانتها وقدرتها على دمج المُحسِّسات الضوئية. ستستكشف هذه المقالة تركيب وتوصيف المواد القائمة على بولي فينيل كلوريد (PVC) المُصممة لتطبيقات التعطيل الضوئي الديناميكي، وتحديد خصائصها الكيميائية والبيولوجية، لا سيما في استهداف الكائنات الدقيقة المُمرضة مثل المكورات العنقودية الذهبية. تُركز الدراسة على دور مُليِّنات الأديبات المُختلفة والمُحسِّسات الضوئية، مُحللةً تأثيرها على النشاط الضوئي وكفاءة المواد المُركبة في قتل الجراثيم.
يُعدّ بولي كلوريد الفينيل (PVC) بوليمرًا متعدد الاستخدامات يُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية نظرًا لمتانته الميكانيكية ومقاومته الكيميائية ومتانته طويلة الأمد. ومع ذلك، يفتقر بولي كلوريد الفينيل في حالته غير المعدّلة إلى النشاط الضوئي الطبيعي، مما يستلزم إضافة إضافات خارجية لإضفاء الخصائص المضادة للميكروبات المطلوبة. بالنسبة لـ PDI، تُعد مصفوفة بولي كلوريد الفينيل مثاليةً لقدرتها على تثبيت المُحسِّسات الضوئية، مما يُسهّل إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) عند تعرضها للضوء. تُعد إضافة المُلدِّنات خطوةً حاسمةً في هذا التحول، إذ تُعزز مرونة مصفوفة البوليمر وقابليتها للامتزاج مع المُحسِّسات الضوئية، مما يسمح بامتصاص الضوء وإنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية بكفاءة أكبر.
تلعب الملدنات دورًا محوريًا في تعديل الخصائص الفيزيائية للبولي فينيل كلوريد (PVC)، مما يجعله أكثر مرونة وقابلية للتكيف مع مختلف التطبيقات. في سياق هذا البحث، تم تقييم أربعة ملدنات أديباتية لقدرتها على تحويل البولي فينيل كلوريد إلى مادة فعالة ضوئيًا: ثنائي بوتيل هيكسانيديوات (BA)، وثنائي (2-إيثيل هكسيل) هيكسانيديوات (EA)، وثنائي أوكتيل هيكسانيديوات (OA)، وثنائي ديسيل هيكسانيديوات (DA). تختلف هذه الأديبات الخطية طويلة السلسلة في بنيتها الجزيئية، مما يؤثر على تفاعلاتها مع مصفوفة البولي فينيل كلوريد (PVC) والمواد المُحسسة للضوء.
وُجد أن الأديبات طويلة السلسلة، مثل DA وOA، فعّالة بشكل خاص في تعزيز الخواص القاتلة للبكتيريا للمادة القائمة على PVC. ويُعزى ذلك إلى قدرتها على تعزيز تشتت وتثبيت المُحسِّسات الضوئية بشكل أفضل داخل مصفوفة البوليمر، مما يضمن التعرض الأمثل للضوء وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS). في المقابل، أظهرت الأديبات قصيرة السلسلة، مثل BA، كفاءة أقل، ويرجع ذلك على الأرجح إلى محدودية توافقها مع المُحسِّسات الضوئية وضعف انتشارها داخل شبكة البوليمر.
تُعدّ المُحسِّسات الضوئية أساسيةً في آلية PDI، إذ تمتص طاقة الضوء وتنقلها إلى جزيئات الأكسجين، مُولِّدةً أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) التي تُهاجم الخلايا البكتيرية وتُدمِّرها. استُخدم في هذا البحث نوعان من المُحسِّسات الضوئية: 5-(4-كربوكسي فينيل)-10،15،20-ثلاثي فينيل-21H،23H-بورفيرين (TPP) و20-(4-كربوكسي فينيل)-2،13-ثنائي ميثيل-3،12-ثنائي إيثيل-[21]بنتافيرين (PCox). يُستخدم TPP، وهو مُشتقّ معروف من البورفيرين، بشكلٍ شائع في PDI نظرًا لامتصاصه القوي في الطيف المرئي وعائده الكمي العالي لإنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية. اختير PCox، وهو بورفيرين مُوسَّع، لنظام اقترانه المُوسَّع، الذي يُتيح امتصاصًا مُحسَّنًا للضوء وإنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية.
أظهرت النتائج التجريبية أن الجمع بين مُلَدِّنات الأديبات مع TPP أو PCox أدى إلى نشاط مُبيد للجراثيم ملحوظ ضد بكتيريا المكورات العنقودية الذهبية. اعتمدت فعالية PDI على نوع وكمية المُلَدِّن المُستخدَم، حيث أظهرت الأديبات طويلة السلسلة أعلى كفاءة. في إحدى الحالات، تم القضاء تمامًا على المحلول البكتيري (108 وحدة تشكيل مستعمرة/مل) خلال 60 دقيقة من التشعيع، مما يُبرز إمكانات هذه المواد في التطبيقات العملية المضادة للميكروبات.
الآلية الرئيسية وراء التأثير القاتل للبكتيريا للمركبات القائمة على كلوريد البوليفينيل (PVC) هي توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) من خلال تنشيط المُحسِّسات الضوئية بالضوء. عند تعريضها لمصباح أزرق متعدد الصمامات (LED) بمعدل تدفق 50 واط/م²، تمتص المُحسِّسات الضوئية الفوتونات وتنتقل إلى حالة مثارة. في هذه الحالة، تتفاعل المُحسِّسات الضوئية مع الأكسجين الجزيئي، مما يؤدي إلى تكوين أنواع الأكسجين التفاعلية مثل الأكسجين الأحادي (1O2) وجذور الهيدروكسيل (OH•). تهاجم هذه الأنواع شديدة التفاعل جدران وأغشية خلايا البكتيريا، مسببةً تلفًا تأكسديًا وموتًا خلويًا.
تتأثر قدرة المُحسِّسات الضوئية على توليد أنواع الأكسجين التفاعلية بكفاءة بعدة عوامل، منها تركيزها، ووجود المُلدِّنات، وتجانس تشتتها داخل مصفوفة كلوريد البوليفينيل. وقد وفّرت المُشبِّعات طويلة السلسلة، مثل حمض الدوكوساهيكسانويك (DA) وحمض الأكساليك (OA)، البيئة الأمثل للمُحسِّسات الضوئية، مما يضمن توليدًا أمثل لأنواع الأكسجين التفاعلية ويزيد من فعاليتها القاتلة للبكتيريا.
تم تقييم النشاط القاتل للبكتيريا لمركبات PVC ضد المكورات العنقودية الذهبية، وهي ممرضة شائعة مسؤولة عن أنواع مختلفة من العدوى. أظهرت النتائج ارتباطًا واضحًا بين نوع الملدن المستخدم وكفاءة تثبيط البكتيريا. أظهرت الأديبات طويلة السلسلة، مثل DA وOA، أداءً متفوقًا، حيث حقق DA القضاء التام على البكتيريا في غضون 60 دقيقة من التعرض للضوء. يُعزى هذا المستوى من الكفاءة إلى التوافق المعزز للأديبات طويلة السلسلة مع كل من مصفوفة PVC والمحسسات الضوئية، مما يُسهّل امتصاص الضوء بشكل أفضل وإنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية.
علاوة على ذلك، أظهرت مركبات PVC ثباتًا بمرور الوقت وفي ظل ظروف أكسدة، وهو معيار أساسي للتطبيقات العملية المضادة للميكروبات. والجدير بالذكر أنه لم يُلاحظ أي إطلاق لمكونات سامة خلال التجارب، مما يؤكد أن التأثير القاتل للبكتيريا يعود فقط إلى أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) الناتجة عن المواد المُحسِّسة للضوء المُثبَّتة. تُبرز هذه النتيجة سلامة هذه المواد واستدامتها للاستخدام في البيئات التي يُعدّ فيها منع التلوث الميكروبي أمرًا بالغ الأهمية، مثل الأجهزة الطبية وتغليف الأغذية.
لتأكيد السلامة الهيكلية للمركبات المصنوعة من كلوريد البوليفينيل (PVC) أثناء العملية الضوئية الديناميكية وبعدها، استُخدمت تقنيات تحليلية متنوعة. استُخدم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لفحص مورفولوجيا سطح الأغشية، بينما وفّر مطياف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR) رؤىً ثاقبة حول الاستقرار الكيميائي للمواد. لم يكشف تحليل المجهر الإلكتروني الماسح عن أي تغيرات ملحوظة في البنية السطحية للأغشية بعد التشعيع، مما يشير إلى أن العملية الضوئية الديناميكية لم تُسبب تحللًا ضوئيًا. وبالمثل، أكدت أطياف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه عدم حدوث تحلل كيميائي في مصفوفة البوليمر، مما يعزز استقرار ومتانة مركبات كلوريد البوليفينيل في ظل الظروف التجريبية.
يُمثل تخليق وتوصيف مواد قائمة على كلوريد البوليفينيل (PVC) لتثبيط الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض ضوئيًا مسارًا واعدًا لتطوير حلول مضادة للميكروبات فعالة ومستدامة. وقد وُجد أن دمج مُلدِّنات الأديبات طويلة السلسلة في مصفوفة كلوريد البوليفينيل (PVC) كان حاسمًا في تحويل البوليمر إلى مادة نشطة ضوئيًا ذات خصائص مبيدة للجراثيم. وعلى وجه الخصوص، أدى دمج ثنائي ديسيل هيكسانيديوات (DA) مع مُحسِّس الضوء PCox إلى القضاء التام على البكتيريا في غضون 60 دقيقة من التشعيع، مما يُظهر إمكانات هذه المواد للتطبيقات العملية في مجال الرعاية الصحية وسلامة الأغذية.
ينبغي أن تركز الأبحاث المستقبلية على تحسين تركيز الملدنات والمحسسات الضوئية، واستكشاف محسّسات ضوئية أخرى محتملة، وتقييم استقرار هذه المواد على المدى الطويل في البيئات الطبيعية. إضافةً إلى ذلك، فإن توسيع نطاق البحث ليشمل مجموعةً أوسع من الكائنات الدقيقة سيعزز فعالية المركبات القائمة على كلوريد البوليفينيل (PVC) كمنصة متعددة الاستخدامات للتطبيقات الضوئية الديناميكية المضادة للميكروبات.
