ترکیب باکتری های مفید در منسوجات

چکیده

میکروبیوم پوست در چند سال اخیر به یک زمینه تحقیقاتی مهم تبدیل شده است. ظهور توالی‌یابی نسل بعدی، بینش بی‌سابقه‌ای را در مورد تأثیر و دخالت میکروبیوم‌ها بر شرایط پوست ایجاد کرده است. بیشتر لوازم آرایشی حاوی پروبیوتیک‌ها یا باکتری‌ها، به‌عنوان یک ماده فعال بدون داده‌های علمی هستند. این تحقیق مورد رشد و آینده توسعه منسوجات محافظ نیز است. رویکرد جامع‌تری در مورد نحوه تعامل میکروبیوم پوست و منسوجات و چگونگی تأثیر آنها بر pH، محتوای رطوبت و تولید بو وجود داشته است. تا به امروز، بیشتر ترکیبات دارای یک اثر ضدباکتریایی دارای طیف وسیعی از ویژگی‌ها هستند. در این پژوهش تحقیقات فعلی و پیشرفت‌های صنعتی در زمینه پوست و منسوجات پوشش داده شده است. این مقاله به بررسی ماهیت تکمیل ضدمیکروبی در منسوجات می‌پردازد که می‌تواند میکروبیوم پوست را مختل کند، و مزایای درمان‌های طبیعی و دوستدار میکروبیوم برای مبارزه با شرایط پوست، بدبویی و عفونت پوست را بررسی کند.

مقدمه و معرفی

صنعت پوشاک و مد، یک بازاری چندمیلیاردی با سرعت نوآوری سریع است. در سال‌های 1990 تا 2000، عادات شستشو از شوینده‌های مبتنی بر مواد شیمیایی و شستشوی گرم به‌سمت شوینده‌های مبتنی بر آنزیم و شستشوی سرد تغییر یافته‌است که به‌دلایل زیست‌محیطی و اقتصادی حائز اهمیت است. عارضه جانبی کاهش دمای شستشو، فناوری تمیز کردن مبتنی بر آنزیم، کاهش مصرف آب و عدم وجود مواد سفید کننده منجر به کاهش میکروب‌ها در فرآیند شستشو شده است. پلی‌استر و سایر الیاف مصنوعی به نخ اصلی در منسوجات لباس تبدیل‌شده‌اند. به‌طور متوسط، دو سوم منسوجات جدید تولید شده، مصنوعی و بیش از نیمی از پلی‌استر مبتنی بر سوخت فسیلی ساخته‌شده‌اند. با این حال، پلی‌استر مستعد رشد انتخابی باکتری و ایجاد بو در منسوجات است. منسوجات عرق و میکروب‌های پوست را جذب می‌کنند که می‌تواند منجر به افزایش تولید بو و کلونیزه شدن باکتری‌ها شود. میکروارگانیسم‌های نساجی می‌توانند باعث ایجاد لکه، خراب شدن پارچه و حتی تحریک فیزیکی مانند آلرژی یا عفونت پوستی شوند. در دهه‌های اخیر، طیف گسترده‌ای از تکمیل‌های نساجی، تکنیک‌های ضد میکروبی، کاربردهای نانوذرات و داروهای زیست فعال برای پاسخ به این نیاز توسعه‌یافته‌اند

میکروکپسوله کردن و فناوریهای نوظهور

نوآوری در فناوری الیاف نساجی که به طور سنتی به دلیل توانایی جذب رطوبت شناخته میشود، نشان می‌دهد که آنها میتوانند مواد را نیز آزاد کنند. دارورسانی از طریق پوست روشی است که در بخش مراقبتهای بهداشتی مورداستفاده قرار میگیرد که در آن دارو میتواند مستقیماً از طریق پوست و از طریق سطح پارچه تجویز شود. این نوع فناوری، تولیدکنندگان الیاف و منسوجات را قادر میسازد تا مفاهیم جدیدی را برای سلامت، تندرستی و کنترل بو ایجاد کنند. مولکول‌های مفید و حتی میکروب‌ها را می‌توان به صورت میکرو کپسوله کرد و به منسوجات متصل کرد تا مواد فعال خود را آزاد کنند. ویتامینها، پروبیوتیکها، ترکیبات ضدمیکروبی، آنزیمها، عطرها و غیره نمونه های رایج محصولاتی هستند که از این فناوری استفاده میکنند.

 ترکیب باکتریهای مفید در منسوجات

گونه های باکتریایی و قارچی به دلیل توانایی در تجزیه مواد آلی (عرق، خون، بزاق، مواد زائد آلی و غیره) با استفاده از آنزیمهای خاص شناخته شدهاند. این نوع از گونه‌ها شامل سیروس، لاکتوباسیلوس، انتروباکتر،استرپتوکوک، نیتروزوموناس، نیتروباکتر، سودوموناس، آلکالیژنس و گونههای کلبسیلا می‌شوند و در حال حاضر در کنترل بو استفاده میشوند. یک کاربرد خاص از این مواد، برای مثال برای فرش است. پس از ریختن مواد آلی روی فرش، میکروارگانیسم‌های خفته فعال می‌شوند و تخریب نشت با اعمال آنزیمی از ایجاد بو جلوگیری می‌کند. سایر محصولاتی که در آنها از باکتریها برای مقابله با بو استفاده میشود، بالش، تشک، حوله، کفش، محصولات خودرو، تجهیزات محافظ بدن و غیره است. استفاده از باکتری در منسوجات برای ایجاد ضد بو، زمینه تحقیقاتی روبه‌رشدی است.

رویکردهای جدید در نتیجه افزایش تقاضا برای مواد نساجی چندمنظوره و پایدار موردنظر است. تحقیقات در مورد باکتریهای پروبیوتیک به عنوان جایگزینی برای بیوسیدها و ضد میکروبهای معمولی برای کاهش سمیت و مشکلات مقاومت فعلی درحال‌توسعه است. به‌عنوان‌مثال، اثر ضدمیکروبی کامبوچا به دلیل اثرات آن بر باکتریهای بیماریزا و سویه های کاندیدا مورد بررسی قرار گرفته است. فعالیت ضدمیکروبی مشاهده شده در آبگوشت تخمیر شده در برابر باکتریهای بیماری‌زای گرم مثبت و منفی، از جمله سویه های استافیلوکوکوس اورئوس و کاندیدا قابل‌توجه بود. اینها یافتههای امیدوارکننده‌ای هستند که پتانسیل ارائه جایگزینی برای داروهای ضدمیکروبی مصنوعی را دارند. سازمان غذا و کشاورزی (FAO) و سازمان بهداشت جهانی (WHO) پروبیوتیکها را به عنوان میکروارگانیسمهای زندهای که اثرات سلامتی مثبتی برای میزبان ایجاد میکنند، تعریف کرده است. بااین‌حال، اگر از پروبیوتیک ها استفاده میشود، مهم است که اطمینان حاصل شوند که باکتریها روی بستر زنده میمانند. زنده‌ماندن باکتریها بر کارایی محصول تأثیر میگذارد. برای محافظت و تضمین زنده‌ماندن باکتریها، میکروکپسوله کردن سلولها اغلب در کاربردهای صنعتی انجام می‌شود. این اصل اغلب در صنایع غذایی برای تولید پروبیوتیکها و استفاده در محصولات لبنی استفاده میشود. در سال‌های اخیر، استفاده از میکرو کپسول‌های حاوی مواد فعال برای محصولات مراقبت شخصی و منسوجات، به طور قابل‌توجهی توسعه‌یافته است. این فرایند به این معنی است که مواد فعال را میتوان بسته به ترکیب آن بر روی سطح الیاف یا درون خود الیاف ثابت کرد. هدف از فرایند میکروکپسوله کردن ایجاد پوششی است که از ماده فعال اصلی در برابر محیط خارجی محافظت میکند. در واقع، دو گروه از ریزذرات وجود دارد که شامل آنهایی که از یک هسته ساخته شده اند و توسط لایه هایی احاطه شده اند که یک پوسته محافظ یا میکرو ذرات تشکیل میدهند که در آن ماده فعال در یک ماتریس جاسازی شده است، هستند.

فرآیندهای فناوری میکروکپسوله کردن در صنعت نساجی با تمرکز بر ترکیب مواد فعال در سطوح پارچه در حال پیشرفت هستند. این مفاهیم جدید پارچه شامل محصولات نساجی با ترکیب میکروبیوتا در الیاف است که عمدتاً بر مزایای ضد حساسیت آنها تمرکز دارد. این فرآیند اسپورهای پروبیوتیک را در یک پارچه محصور میکند تا به میزان قابل توجهی آلرژن کنه گرد و غبار را کاهش دهد. این فناوری عمدتاً برای ادغام در تشکهایی استفاده میشود که در آن هاگها با اصطکاک آزاد میشوند. فرآیند کپسوله سازی از یک ماتریس پلیمری برای تشکیل پوسته در اطراف مواد فعال استفاده می‌کند.

مطالعات پروبیوتیکها در منسوجات به منظور کاهش پاتوژنهای عفونی که میتوانند در بیمارستانها به دست آورد، وارد شده است. این مؤسسه با فرآیند پوشش سل – ژل اقتباس شده برای جاسازی این هاگهای مفید پروبیوتیک روی سطح پلیاستر بافته شده، آزمایش شدند. زنده‌ماندن باکتریها همراه با خواص فیزیکی و ویژگیهای پارچه پوشش داده شده مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفت. نتایج نشان‌دهنده کپسوله‌سازی موفق اسپورهای مفید با تعداد کافی ارگانیسم‌های زنده، قبل و بعد از سیکل‌های شستشوی مکرر، و همچنین مقاومت کششی مناسب و خواص مقاومت در برابر سایش است. ترشوندگی سطح به منظور حفظ چسبندگی کافی بین بستر و پوشش، منطقهای در حال بهبود است. تحقیقات دیگر استفاده از با سیروس گونه‌های اسپورساز را در مواد تمیزکننده برای کاهش بو در سطوح منسوجات بررسی کرده‌اند. این باسیلها همچنین برای مدیریت بو در کفشهای ورزشی و تفریحی آزمایش شده اند. این فرایند استفاده از میکروارگانیسم‌های زنده به الیاف منجر به مزایای سلامتی طبیعی و غیرسمی برای مصرف‌کنندگان و محیط‌زیست می‌شود. سویه  های زیادی از باکتریهای پروبیوتیک وجود دارند که میتوانند با فواید مختلفی در داخل بدن و روی سطح آن مرتبط باشند؛ بنابراین، ترکیب پروبیوتیکها در منسوجات به طور کامل ارزیابی نشده است، بااین‌حال آنها یک تکنیک امیدوارکننده برای مبارزه با باکتریهای بیماریزا بر روی سطوح نساجی در آینده ارائه میدهند.

فناوریهای نوظهور

تحقیقات میکروبیوم پوست در چند سال اخیر به یک زمینه مهم در مراقبت از پوست (از طریق روشهای باکتری درمانی برای کنترل بدبو) تبدیل شده است. این تحقیق مورد تأیید صنعت نساجی نیز است و فناوریهای جدید به طور مداوم درحال‌توسعه هستند. روشهای بیوتکنولوژیکی و مهندسی به گسترش عملکردها، خواص و پتانسیل سطوح منسوجات در امتداد مرزهای اصلی کمک خواهند کرد. بدین ترتیب، عملکردهایی به منظور درمان بیماریها و آسیبها توسعه می یابد. در کنار پیشرفت‌های بیوتکنولوژیکی، سایر فناوری‌های آینده شامل نانوساختارهای الهام گرفته از زیستی، گرافن و لباس‌های هوشمند میکروبیومی است که در ادامه توضیح داده شده‌اند.

نانوساختارهای الهام گرفته از زیست

در سالهای اخیر، رویکرد جدیدی برای تحقق عمل باکتری‌کشی از طریق توپوگرافی سطح فیزیکی وجود داشته است. برخی از سطوح نانو، ساختار طبیعی را مشخص کرده‌اند که توانایی پارگی دیواره سلولی باکتری را دارند که این فرایند به مکانیسم کشتن تماس معروف است. این تحقیق از حشرات خاصی الهام گرفته شده است که ذاتاً به دلیل سطوح باکتری‌کش خود شناخته میشوند که قادر به کشتن میکروبها در تماس هستند. این اثر باکتری‌کشی به دلیل نانوساختارهای تیز است که در ارتفاع 80 تا 250 نانومتر و دارای نانو ستون 50 تا 250 نانومتر و گامی بین 100 تا 250 نانومتر در سطح بیرونی حشره وجود دارد. این ساختارهای تیز، پتانسیل این را دارند که دیواره سلولی باکتری را سوراخ کنند، بنابراین سطح آن را پاره کرده و باکتریها را از بین میبرند. این رویکرد بیوسیدال فیزیکی به حوزه جدیدی از تمرکز برای مقابله با باکتریهای مقاوم به چند آنتی بیوتیک تبدیل شدهاست.

تکنیک‌های مختلفی برای ساخت سطوح نانوساختار بر روی انواع زیرلایه‌ها از جمله سطوح سیلیکونی و پلیمری استفاده شده است که بر علیه باکتری‌های بیماری‌زا مختلف آزمایش شده‌اند. بااین‌حال، دامنه فعالیت باکتری‌کشی چنین سطوح نانوساختاری به معیارهای مختلفی از جمله شکل ساختار، اندازه و چگالی بستگی دارد. درحالی‌که یافتن یک تکنیک نانو توپوگرافی بهینه، مواد و فرایند همچنان یک چالش باقی می‌ماند، چنین پیشرفت‌هایی فرصت‌هایی را برای تحقیقات بیشتر ارائه کرده‌اند. بااین‌حال، نتایج نشان داده است که این یک استراتژی امیدوارکننده در مهار باکتریهای بیماریزا برای حل چالشهای مقاومت ضدمیکروبی در آینده است.

گرافن

اجزای کلیدی گرافن اتمهای کربن هستند که در صفحات مسطح با ضخامت یک اتم که در یک شبکه کریستالی بسته‌بندی شده اند، سازماندهیشدهاند. از دیگر مواد گرافن میتوان به اکسیدگرافن و اکسیدگرافن احیا شده اشاره کرد. گرافن علاوه بر قابلیت خودتمیزشوندگی، بازدارندگی در شعله، رسانایی الکتریکی و ویژگیهای مسدودکننده اشعه ماورای‌بنفش، به دلیل خواص ضدمیکروبی خود نیز شناخته شده است. ویژگی‌های ضدمیکروبی گرافن را می‌توان با پارامترهای مختلفی مانند اندازه جانبی، تعداد لایه‌های کربن، شکل، تغییرات سطحی و توانایی تجمع کنترل کرد. علاوه بر این، روشهای مختلف عمل قبلاً پیشنهاد شده است. اول‌ازهمه، گرافن به دلیل لبه های تیزش میتواند به عنوان یک چاقوی به  اصطلاح نانو عمل کند که غشای سلولی را میشکند و باعث نشت ترکیبات درون‌سلولی میشود. ثانیاً، گرافن قادر است استرس اکسیداتیو را القا کند، عملکردهای اساسی را در سلول مختل کند، باعث غیرفعال‌شدن سلولی یا حتی مرگ سلولی شود. ثالثاً، به دلیل ساختار نازک گرافن، گفته می‌شود که به دور یک سلول باکتری می‌پیچد و مانع از انتقال مواد مغذی به سمت سلول می‌شود. علاوه بر این سه مکانیسم اصلی، حالت‌های فعال دیگری مانند استخراج لیپیدهای غشایی یا تداخل در فعل‌وانفعالات پروتئین – پروتئین نیز توضیح داده شده است. بااین‌حال، تحقیقات در مورد گرافن و خواص ضدمیکروبی آن هنوز در مراحل ابتدایی است.

در یک مطالعه اخیر، یک نانوکامپوزیت گرافن/ Tⅈo_2بر روی یک پارچه پلی استر به منظور به دست آوردن خواص محافظتی الکترورسانا، ضد الکتریسیته ساکن، آبگریز و UV استفاده شد. گرافن رسانایی الکتریکی را فراهم میکند و وجود تیتانیوم باعث محافظت خوب در برابر اشعه ماوراء بنفش میشود. خواص UV یک نکته مهم است زیرا قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه ماوراء بنفش با سرطان پوست مرتبط است.

لباس‌های هوشمند بر پایه میکروبیوم

تحقیقات جدید در حال بررسی تأثیر میکروبیوم نساجی است و به دخالت مستقیم میکروبهای خاص در ایجاد بوی بد اشاره میکند. تحقیقات در حال بررسی منسوجات به‌اصطلاح میکروبیوم هوشمند است که در آن میکروب‌های خوب یا پتانسیل آنزیمی آن‌ها اضافه می‌شود یا میکروبیوم به سمت جوامع غیربوی‌آور و سالم هدایت می‌شود. میکروبیوم نقش کلیدی در بوی بدن ایفا میکند و روکش پارچه های ضدباکتری روی لباسها در تلاش برای کاهش مشکلات بو طراحی شده است. در دهه‌های گذشته، نوآوری عمدتاً بر روی فناوری‌های ضدمیکروبی با طیف گسترده متمرکز شده است. بااین‌حال، این موارد با معایب بسیاری همراه است. تحقیقات در حال حاضر به دنبال ترکیب باکتریهای سالم پوست در منسوجات است. میکروارگانیسم‌ها در تماس با رطوبت روی پوست فعال می‌شوند و به آن‌ها اجازه می‌دهند تا بر سایر باکتری‌های کمتر مفید تسلط پیدا کنند. فناوری پوشاک پروبیوتیک جایگزینی برای مواد شیمیایی ضدباکتری در پوشاک و لوازم آرایشی و راه‌حلی برای مدیریت بوی طبیعی ارائه میدهد.

همه‌گیری COVID-19 و ضرورت استفاده از ماسک در سراسر جهان با تغییرات در میکروبیوم پوست و تشدید بیماری‌های پوستی مرتبط است. استفاده مکرر از ماسکهای صورت منجر به افزایش قابل‌توجهی در شعله‌ورشدن آکنه روی پوست شده است. افزایش این وضعیت التهابی میتواند به دلیل افزایش رطوبت و اصطکاک هنگام استفاده از ماسک باشد. تجمع سبوم بر روی پوست از غدد سباسه میتواند شرایط موجود را تشدید کند یا باعث گسترش سریع بیماری شود. سطوح ضدویروسی از زمان شیوع بیماری همهگیر، بهویژه در صنعت نساجی به کانون نوآوری تبدیل شده اند. مطالعات راه‌های انتقال احتمالی SARS-CoV-2 را بررسی کرده‌اند و یک فرضیه این است که کنه‌هایی که با آلودگی پوست انسان مرتبط بوده‌اند، مانند گونه‌های Demodex یا Pyemotes، می‌توانند در گسترش ویروس نقش داشته باشند. دولایه لیپیدی که ویروس SARS-CoV-2 را در بر میگیرد، این توانایی را دارد که روی پوست غنی از سبوم ثابت بماند و بنابراین راه دیگری برای عفونت فراهم میکند. اسکلت بیرونی این بندپایان مشترک روی پوست پلیمر مشترکی، کیتین یا کیتوزان دارند. مادهای که قبلاً در این مقاله مورد بحث قرار گرفت به دلیل خواص غیرسمی، زیست‌تخریب‌پذیر و زیست سازگار با پوست شناخته شده است. این ویژگی‌های منحصربه‌فرد به معنای تمرکز جدید روی کیتین بهعنوان داربستی برای ساخت نانوذرات برای افزایش کاربرد دارورسانی از طریق پوست است. این مطالعه نشان می‌دهد که فعل‌وانفعالات بندپایان – کروناویروس میتواند از طریق نیروهای مولکولی بین کیتین موجود در کنه ها و لیپیدهای موجود در قسمت بیرونی SARS-CoV-2 ایجاد شود. این ممکن است به این معنی باشد که کنه های روی پوست عامل مهمی در عفونت ویروسی هستند که ممکن است منجر به پیشرفتهای مهم زیست‌پزشکی یا نساجی برای پیشگیری و درمان شود. در نتیجه، تحقیقات به دنبال جایگزینهایی برای پوششهای ضدباکتری، ضدویروسی و ضد انگلی فعلی است. چنین تلاش مشترک در علم، فناوری و مد باهدف استفاده از پیشرفتهای اخیر در علم به یک رویکرد جدید در صنعت نساجی است.

نتیجه گیری

عادات شستشو در دهه 1990 بهسمت شرایط سازگارتر با محیط زیست تغییر کرده است (دمای کمتر، استفاده کمتر از آب و عدم وجود مواد شوینده شیمیایی). این یک پیشرفت امیدوارکننده است که منجر به کاهش حذف میکروبی و بو نیز شدهاست. افزایش الیاف مصنوعی در تولید نساجی باعث حفظ بوی بد در منسوجات و کلونیزاسیون بیماریزای باکتریها شدهاست که میتواند باعث ایجاد بیماریهای پوستی شود. در نتیجه، ما شاهد ظهور طیف گسترده‌ای از پوشش‌های ضد میکروبی در لباس‌ها بودیم که همیشه مؤثر نیستند و گاهی اوقات با عوارض جانبی ناخواسته همراه هستند. اخیراً، عوامل کنترل کننده بو خاص در نانوذرات کپسوله شدهاند تا اثر پایداری از خود نشان دهند. رابطه بین بوی بدن و بیماریهای پوستی، پارچه و میکروبیوم پوست یک زمینه تحقیقاتی نوظهور است. میکروبیوم پوست بر اساس محیط طبیعی آن شکل میگیرد و آنچه روی پوست و در کنار آن قرار میگیرد تأثیر فوری دارد. طراحی منسوجات هوشمند میکروبیوم می‌تواند یک راه جدید و جایگزین برای پیشبرد عملکرد لباس و مبارزه با ایجاد بو یا شرایط بالقوه پوستی مرتبط با منسوجات باشد. برای ایجاد تغییر در تأثیرات ترکیبات ضد باکتریایی و لوازم آرایشی سمی که جامعه تشویق کرده است و پاسخها ممکن است نگاه دقیقتر به اکوسیستم زنده پوست و بیوم طبیعی پوست باشد. دانش میکروبیوم و مسئولیت آنها در تشکیل بو در منسوجات به آرامی، اما بهطور پیوسته رو به پیشرفت است. تحقیقات بهسمت کاربردهای طبیعیتر و الهام گرفته از زیستی برای کنترل تشکیل بو در منسوجات تغییر کرده است. همان طور که تحقیقات عمیق‌تر به ریشه‌های اصلی تشکیل بدبو می‌پردازد، رشد بیش از اندازه مواد بیماری‌زا در منسوجات برای مبارزه با این عوارض جانبی برآمده از باکتری در لباس‌ها، توجه بیشتر بر افزایش احساس پوست عالی و ارتقای رفاه کلی پوشنده حائز اهمیت است.