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Articulo de referencia

Superficie antimicrobiana

Una superficie antimicrobiana está recubierta con un agente antimicrobiano que inhibe el crecimiento de microorganismos [ 1 ] en la superficie de un material. Estas superficies ...

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Una superficie antimicrobiana está recubierta con un agente antimicrobiano que inhibe el crecimiento de microorganismos [ 1 ] en la superficie de un material. Estas superficies se están investigando cada vez más para su posible uso en diversos entornos, como clínicas, industria e incluso el hogar. El uso más común e importante de los recubrimientos antimicrobianos ha sido en el ámbito sanitario para la esterilización de dispositivos médicos y la prevención de infecciones asociadas a la atención sanitaria, que han causado casi 100 000 muertes en Estados Unidos. [ 2 ] Además de los dispositivos médicos, la ropa de cama y la ropa pueden proporcionar un entorno propicio para el crecimiento de muchas bacterias , hongos y virus al entrar en contacto con el cuerpo humano, lo que permite la transmisión de enfermedades infecciosas. [ 3 ]

Las superficies antimicrobianas se funcionalizan mediante diversos procesos. Se puede aplicar un recubrimiento a una superficie que contenga un compuesto químico tóxico para los microorganismos. Alternativamente, es posible funcionalizar una superficie mediante la adsorción de un polímero o polipéptido y/o modificando su micro y nanoestructura. [ 4 ]

Una innovación en superficies antimicrobianas es el descubrimiento de que el cobre y sus aleaciones ( latones , bronces , cuproníquel , cobre-níquel-zinc y otros) son materiales antimicrobianos naturales que poseen propiedades intrínsecas para destruir una amplia gama de microorganismos . Se han publicado estudios de eficacia antimicrobiana revisados ​​por pares sobre la eficacia del cobre para destruir E. coli O157:H7, Staphylococcus aureus resistente a la meticilina ( SARM ), Staphylococcus , Clostridioides difficile , virus de la influenza A , adenovirus y hongos . [ 5 ]

Numerosas industrias, además de la sanitaria, han utilizado superficies antimicrobianas para mantener la limpieza. La naturaleza física de la superficie o su composición química pueden modificarse para crear un entorno inhóspito para los microorganismos. Los materiales fotocatalíticos se han utilizado por su capacidad para eliminar muchos microorganismos y, por lo tanto, pueden emplearse en superficies autolimpiables, así como en la purificación del aire y el agua, y en la actividad antitumoral. [ 6 ]

Actividad antimicrobiana

Mecanismos

Plata

Se ha demostrado que los iones de plata reaccionan con el grupo tiol de las enzimas y las inactivan, provocando la muerte celular. [ 7 ] Estos iones pueden inhibir enzimas oxidativas como la alcohol deshidrogenasa de levadura. [ 8 ] También se ha demostrado que los iones de plata interactúan con el ADN para potenciar la dimerización de pirimidinas mediante la reacción fotodinámica y posiblemente prevenir la replicación del ADN . [ 9 ]

El uso de la plata como antimicrobiano está bien documentado .

Cobre

Los mecanismos antimicrobianos del cobre se han estudiado durante décadas y aún se encuentran en investigación. Un resumen de los posibles mecanismos está disponible aquí: Propiedades antimicrobianas del cobre#Mecanismos de acción antibacteriana del cobre . Actualmente, los investigadores consideran que los mecanismos más importantes incluyen los siguientes:

  • Los niveles elevados de cobre dentro de una célula provocan estrés oxidativo y generan peróxido de hidrógeno . En estas condiciones, el cobre participa en la denominada reacción de Fenton , una reacción química que causa daño oxidativo a las células.
  • El exceso de cobre interfiere con la integridad de la membrana celular microbiana, lo que provoca la fuga de nutrientes celulares esenciales, como el potasio y el glutamato . Esto conduce a la desecación y posterior muerte celular.
  • Si bien el cobre es necesario para muchas funciones proteicas, en exceso (como en la superficie de una aleación de cobre), se une a otras proteínas que no lo requieren. Esta unión "inapropiada" provoca la pérdida de función de la proteína o su degradación en fragmentos no funcionales.

Organosilanos

Los organosilanos crean una red de moléculas con carga eléctrica en la superficie, que rompen la pared celular al contacto. Esto se debe a su estructura, compuesta por un elemento hidrofóbico y un elemento catiónico. Si bien el elemento hidrofóbico puede impedir la adhesión inicialmente, también puede intercalarse con la pared celular, cuya ruptura se ve facilitada por el componente catiónico. [ 10 ]

Absorción de nutrientes

La tasa de crecimiento de E. coli y S. aureus fue independiente de las concentraciones de nutrientes en superficies no antimicrobianas. [ 11 ] También se observó que los agentes antimicrobianos como Novaron AG 300 (fosfato de circonio, hidrógeno y sodio de plata) no inhiben la tasa de crecimiento de E. coli o S. aureus cuando las concentraciones de nutrientes son altas, pero sí lo hacen cuando disminuyen. Este resultado sugiere un posible mecanismo antimicrobiano que limita la absorción o la eficiencia de uso de nutrientes por parte de la célula. [ 11 ]

Amonio cuaternario

Se ha descubierto que el compuesto de amonio cuaternario cloruro de dimetiloctadecil(3-trimetoxisililpropil)amonio (Si-QAC) tiene actividad antimicrobiana cuando se une covalentemente a una superficie. [ 12 ] Se sabe que muchos otros compuestos de amonio cuaternario tienen propiedades antimicrobianas (por ejemplo, cloruro de alquildimetilbencilamonio y cloruro de didecildimetilamonio). Estos dos últimos son compuestos activos de membrana; contra S. aureus, el primero forma una monocapa simple que cubre las células de S. aureus en la membrana externa, mientras que el segundo forma una doble monocapa. [ 13 ] Esto conduce a la fuga celular y a la liberación total del potasio intracelular y  de los depósitos que absorben a 260 nm en este orden. [ 13 ]

Selectividad

Por definición, "antimicrobiano" se refiere a algo perjudicial para un microbio. Dado que la definición de microbio (o microorganismo ) es muy general, algo "antimicrobiano" podría tener un efecto perjudicial contra una amplia gama de organismos, desde los beneficiosos hasta los dañinos, incluyendo células de mamíferos y tipos de células típicamente asociadas con enfermedades como bacterias, virus, protozoos y hongos.

La selectividad se refiere a la capacidad de combatir un tipo o clase específica de organismo. Dependiendo de la aplicación, la capacidad de combatir selectivamente ciertos microorganismos, con escaso efecto perjudicial sobre otros, determina la utilidad de una superficie antimicrobiana en un contexto determinado.

Bactericidas

Una de las principales maneras de combatir el crecimiento de células bacterianas en una superficie es prevenir la adhesión inicial de las células a dicha superficie. Algunos recubrimientos que logran esto incluyen recubrimientos de hidroxiapatita con clorhexidina incorporada, recubrimientos de polilactida con clorhexidina sobre una superficie anodizada y recubrimientos de polímero y fosfato de calcio con clorhexidina. [ 14 ]

Los recubrimientos antibióticos ofrecen otra forma de prevenir el crecimiento bacteriano. La gentamicina es un antibiótico con un espectro antibacteriano relativamente amplio. Además, es uno de los pocos antibióticos termoestables, por lo que es uno de los más utilizados para recubrir implantes de titanio. [ 14 ] Otros antibióticos con amplios espectros antibacterianos son la cefalotina , la carbenicilina , la amoxicilina , el cefamandol , la tobramicina y la vancomicina . [ 14 ]

Copper and copper alloy surfaces are effective means for preventing the growth of bacteria. Extensive U.S. EPA-supervised antimicrobial efficacy tests on Staphylococcus aureus, Enterobacter aerogenes, Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), Escherichia coli 0157:H7, and Pseudomonas aeruginosa have determined that when cleaned regularly, some 355 different EPA-registered antimicrobial copper alloy surfaces:

  • Continuously reduce bacterial contamination, achieving a 99.9% reduction within two hours of exposure;
  • Kill greater than 99.9% of Gram-negative and Gram-positive bacteria within two hours of exposure;
  • Deliver continuous and ongoing antibacterial action, remaining effective in killing greater than 99.9% of bacteria within two hours;
  • Kill greater than 99.9% of bacteria within two hours, and continue to kill 99% of bacteria even after repeated contamination;
  • Help inhibit the buildup and growth of bacteria within two hours of exposure between routine cleaning and sanitizing steps.

See: Antimicrobial copper touch surfaces for the main article.

Viral inhibitors

Influenza viruses are mainly spread from person to person through airborne droplets produced while coughing or sneezing. However, the viruses can also be transmitted when a person touches respiratory droplets settled on an object or surface.[15] It is during this stage that an antiviral surface could play the biggest role in cutting down on the spread of a virus. Glass slides painted with the hydrophobic long-chained polycation N,N dodecyl,methyl-polyethylenimine (N,N-dodecyl,methyl-PEI) are highly lethal to waterborne influenza A viruses, including not only wild-type human and avian strains but also their neuraminidase mutants resistant to anti-influenza drugs.[16]

Copper alloy surfaces have been investigated for their antiviral efficacies. After incubation for one hour on copper, active influenza A virus particles were reduced by 75%. After six hours, the particles were reduced on copper by 99.999%.[17][18] Also, 75% of Adenovirus particles were inactivated on copper (C11000) within 1 hour. Within six hours, 99.999% of the adenovirus particles were inactivated.[19]

Fungal inhibitors

Se ha demostrado que un péptido antifúngico derivado de la cromogranina A (CGA 47–66, cromofungina), al incorporarse a una superficie, posee actividad antifúngica al interactuar con la membrana fúngica y, por lo tanto, penetrar en la célula. [ 20 ] Además, estudios in vitro han demostrado que dicho recubrimiento antifúngico puede inhibir el crecimiento de la levadura Candida albicans en un 65 % y detener por completo la proliferación del hongo filamentoso Neurospora crassa. [ 20 ]

Las superficies de cobre y aleaciones de cobre han demostrado ser eficaces para eliminar las esporas de hongos Aspergillus spp., Fusarium spp., Penicillium chrysogenum , Aspergillus niger y Candida albicans . [ 21 ] Por lo tanto, el potencial de ayudar a prevenir la propagación de hongos que causan infecciones humanas mediante el uso de aleaciones de cobre (en lugar de metales no antifúngicos) en sistemas de aire acondicionado merece una mayor investigación.

Modificación de la superficie

Modificación física

rugosidad superficial

La topología física de una superficie determina el entorno viable para las bacterias. Puede afectar la capacidad de un microbio para adherirse a ella. Las superficies textiles tienden a ser muy fáciles de adherir para los microbios debido a la abundancia de espacios intersticiales entre las fibras.

Figura 1: Modelo de Wenzel

El modelo de Wenzel se desarrolló para calcular la dependencia que tiene la rugosidad de la superficie con respecto al ángulo de contacto observado. Las superficies que no son atómicamente lisas presentarán un ángulo de contacto observado que difiere del ángulo de contacto real de la superficie. La ecuación se expresa como:

doosΘobs=R∗doosΘ{\displaystyle cos\Theta _{obs}=R*cos\Theta }

donde R es la relación entre el área real de la superficie y el área observada de una superficie, y θ es el ángulo de contacto de Young definido para una superficie ideal. [ 22 ] Véase Humectación . Basándose en la modificación física de la superficie, se puede diseñar una superficie antiviral decorando la superficie con micropilares. [ 23 ]

Modificación química

Injerto de polímeros sobre y/o desde superficies

La actividad antimicrobiana puede conferirse a una superficie mediante el injerto de polímeros funcionalizados, por ejemplo, aquellos terminados con grupos funcionales de amina cuaternaria, a través de uno de dos métodos principales. Con estos métodos —"injerto a" e "injerto desde"— los polímeros pueden unirse químicamente a una superficie sólida y, por lo tanto, las propiedades de la superficie (es decir, la actividad antimicrobiana) pueden controlarse. [ 22 ] Se ha demostrado que los polímeros que contienen iones de amonio cuaternario (PQA) matan eficazmente células y esporas a través de sus interacciones con las membranas celulares. [ 24 ] Una gran cantidad de monómeros nitrogenados pueden cuaternizarse para ser biológicamente activos. Estos monómeros, por ejemplo, el metacrilato de 2-dimetilaminoetilo (DMAEMA) o la 4-vinilpiridina (4-VP) pueden polimerizarse posteriormente con ATRP. [ 24 ] Por lo tanto, las superficies antimicrobianas pueden prepararse mediante mecanismos de "injerto a" o "injerto desde".

Injerto en

El injerto implica la fuerte adsorción o unión química de una molécula de polímero a una superficie a partir de una solución. Este proceso se logra típicamente mediante un agente de acoplamiento que une un grupo funcional en la superficie a un grupo reactivo en cualquiera de los extremos de la cadena. Aunque simple, este método presenta la desventaja de una densidad de injerto relativamente baja debido al impedimento estérico de las cadenas poliméricas ya unidas. Después del acoplamiento, como en todos los casos, los polímeros tienden a maximizar su entropía, generalmente adoptando una conformación de cepillo o de hongo. Por lo tanto, los posibles sitios de unión se vuelven inaccesibles debajo de este "dominio de hongo". [ 22 ]

Figura 2: Esquema de la densidad de injerto.

Los polímeros presintetizados, como el copolímero de bloque PDMEAMA/PTMSPMA, pueden inmovilizarse en una superficie (p. ej., vidrio) simplemente sumergiendo la superficie en una solución acuosa que contenga el polímero. [ 24 ] Para un proceso como este, la densidad de injerto depende de la concentración y el peso molecular del polímero, así como del tiempo que la superficie estuvo sumergida en la solución. [ 24 ] Como era de esperar, existe una relación inversa entre la densidad de injerto y el peso molecular. [ 24 ] Dado que la actividad antimicrobiana depende de la concentración de amonio cuaternario unido a la superficie, la densidad de injerto y el peso molecular representan factores opuestos que pueden manipularse para lograr una alta eficacia.

Injerto de

Esta limitación puede superarse polimerizando directamente sobre la superficie. Este proceso se denomina injerto desde la superficie o polimerización iniciada en la superficie (SIP). Como su nombre indica, las moléculas iniciadoras deben inmovilizarse en la superficie sólida. Al igual que otros métodos de polimerización, la SIP puede adaptarse para seguir mecanismos radicalarios, aniónicos o catiónicos, y puede controlarse mediante polimerización por transferencia de adición reversible (RAFT), polimerización radicalaria por transferencia de átomos (ATRP) o técnicas mediadas por nitróxidos. [ 22 ]

Una polimerización controlada permite la formación de estructuras poliméricas con conformación extendida que maximizan la densidad de injerto y, por lo tanto, la eficacia biocida. [ 24 ] Este proceso también permite el injerto de alta densidad de polímeros de alto peso molecular, lo que mejora aún más la eficacia. [ 24 ]

Superficies superhidrofóbicas

Una superficie superhidrofóbica es una superficie de baja energía, generalmente rugosa, sobre la cual el agua tiene un ángulo de contacto >150°. Los materiales no polares, como los hidrocarburos, tradicionalmente tienen energías superficiales relativamente bajas; sin embargo, esta propiedad por sí sola no es suficiente para lograr la superhidrofobicidad. Las superficies superhidrofóbicas se pueden crear de muchas maneras; sin embargo, la mayoría de las estrategias de síntesis se inspiran en diseños naturales. El modelo de Cassie-Baxter proporciona una explicación para la superhidrofobicidad: el aire atrapado en las microranuras de una superficie rugosa crea una superficie "compuesta" que consiste en aire y las puntas de las microprotuberancias. [ 25 ] Esta estructura se mantiene a medida que disminuye la escala de las características, por lo que muchos enfoques para la síntesis de superficies superhidrofóbicas se han centrado en la contribución fractal. [ 25 ] La solidificación de cera, la litografía, la deposición de vapor, los métodos de plantilla, la reconfirmación de polímeros, la sublimación, el plasma, la electrohilatura, el procesamiento sol-gel, los métodos electroquímicos, la síntesis hidrotermal, la deposición capa por capa y las reacciones en un solo recipiente son enfoques para la creación de superficies superhidrofóbicas que se han sugerido. [ 25 ]

La superhidrofobicidad de una superficie representa un método eficaz para conferirle actividad antimicrobiana. El efecto antibacteriano pasivo se debe a la escasa capacidad de los microbios para adherirse a la superficie. El campo de los textiles superhidrofóbicos aprovecha esta propiedad y podría tener aplicaciones potenciales como recubrimientos antimicrobianos.

Fluorocarbonos

Los fluorocarbonos, y especialmente los perfluorocarbonos, son excelentes materiales de sustrato para la creación de superficies superhidrofóbicas debido a su energía superficial extremadamente baja. Estos materiales se sintetizan sustituyendo átomos de hidrógeno por átomos de flúor en un hidrocarburo.

nanomateriales

Las nanopartículas se utilizan en diversas aplicaciones antimicrobianas debido a su extraordinario comportamiento. Se están realizando más estudios sobre la capacidad de los nanomateriales para ser utilizados en recubrimientos antimicrobianos debido a su naturaleza altamente reactiva. [ 3 ]

Existen varias características físicas que favorecen la actividad antimicrobiana. Sin embargo, la mayoría de los iones metálicos pueden generar radicales de oxígeno, formando así oxígeno molecular, que resulta altamente tóxico para las bacterias. [ 3 ]

2 H2O+12O2 →Ión metálico 2 H2O2→H2O+(O){\displaystyle 2\ \mathrm {H_{2}O} +{\tfrac {1}{2}}\mathrm {O_{2}} \ \xrightarrow {\text{Ion metálico}} \ 2\ \mathrm {H_{2}O_{2}} \rightarrow \mathrm {H_{2}O} +(\mathrm {O} )}

Recubrimientos

Recubrimientos autolimpiantes

Los recubrimientos fotocatalíticos incluyen componentes (aditivos) que catalizan reacciones, generalmente a través de un mecanismo de radicales libres, cuando se excitan con la luz. La actividad fotocatalítica (AFC) de un material proporciona una medida de su potencial reactivo, basada en la capacidad del material para crear un par electrón-hueco cuando se expone a la luz ultravioleta. [ 28 ] Los radicales libres formados pueden oxidar y descomponer materiales orgánicos, como los aglutinantes de látex que se encuentran en los recubrimientos a base de agua. Los sistemas de recubrimientos antimicrobianos aprovechan esto al incluir compuestos fotocatalíticamente activos en sus formulaciones (por ejemplo, dióxido de titanio) que hacen que el recubrimiento se "desprendiera" con el tiempo. [ 28 ] Estas escamas arrastran los microbios consigo, dejando un recubrimiento "limpio". A menudo se describe a estos sistemas como autolimpiables.

aditivos antimicrobianos

Instead of doping a surface directly, antimicrobial activity can be imparted to a surface by applying a coating containing antimicrobial agents such as biocides or silver nanoparticles. In the case of the latter, the nanoparticles can have beneficial effects on the structural properties of the coating along with their antibacterial effect.[29]

Antimicrobial peptides

Antimicrobial Peptides (AMPs) have gained attention because they are much less susceptible to the development of microbial resistance.[2] Other antibiotics may be susceptible to bacterial resistance, like multi-resistant staphylococcus aureus (MRSA) which is known as a common relic in the healthcare industry while other bacterial strains have become more of a concern for waste water treatment in local rivers or bays.[30] AMPs can be functionalized onto a surface by either chemical or physical attachment. AMPs can be physically attached by using oppositely charged polymeric layers and sandwiching the polypeptide between them. This may be repeated to achieve multiple layers of AMPs for the recurring antibacterial activity.[30] There are a few drawbacks to this mechanism. Assembly thickness and polymer-peptide interactions can affect the diffusion of peptide to bacterial contact.[30] Further research should be carried out to determine the effectiveness of the adsorption technique. However, the chemical attachment of AMPs is also widely studied.

AMPs can be covalently bound to a surface, which minimizes the "leaching effect" of peptides. The peptide is typically attached by a very exergonic chemical reaction, thus forming a very stable antimicrobial surface. The surface can be functionalized first with a polymer resin such as polyethylene glycol (PEG).[30] Recent research has focused on producing synthetic polymers and nanomaterials with similar mechanisms of action to endogenous antimicrobial peptides.[31][32] Also, it is predicted that the industry size of antibacterial coatings market is expected to reach USD 16.3 billion by the end of 2037.

Touch surfaces

Antimicrobial touch surfaces include all the various kinds of surfaces (such as door knobs, railings, tray tables, etc.) that are often touched by people at work or in everyday life, especially (for example) in hospitals and clinics.

Las superficies de contacto de aleación de cobre antimicrobiana son superficies fabricadas con cobre metálico o aleaciones de cobre, como latón y bronce . El cobre y sus aleaciones tienen la capacidad natural de eliminar microbios dañinos con relativa rapidez, a menudo en dos horas o menos (es decir, las superficies de aleación de cobre son antimicrobianas ). Gran parte de la investigación sobre la eficacia antimicrobiana del cobre se ha llevado a cabo o se está llevando a cabo actualmente en la Universidad de Southampton y la Universidad de Northumbria (Reino Unido), la Universidad de Stellenbosch (Sudáfrica), la Universidad de Panjab (India), la Universidad de Chile (Chile), la Universidad de Kitasato (Japón), la Universidad de Coimbra (Portugal) y la Universidad de Nebraska-Lincoln y la Universidad Estatal de Arizona (EE. UU.). Se están realizando ensayos clínicos para evaluar la eficacia de las aleaciones de cobre para reducir la incidencia de infecciones nosocomiales en hospitales del Reino Unido, Chile, Japón, Sudáfrica y EE. UU.

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) aprobó el registro de 355 aleaciones de cobre diferentes como " materiales antimicrobianos " con beneficios para la salud pública. [ 33 ]

Caracterización

El diseño de superficies antimicrobianas eficaces exige una comprensión profunda de los mecanismos iniciales de adhesión microbio-superficie. [ 34 ] La microscopía electrónica de barrido (MEB) se utiliza para muestras no vivas. El recuento de unidades formadoras de colonias bacterianas (UFC) requiere incubación durante la noche y detecta bacterias que crecen fácilmente en medios sólidos. La simulación de dinámica molecular (DM) se puede utilizar para minimizar el número de experimentos con sustratos diseñados, con la cuantificación de imágenes de microscopía de fluorescencia de lapso de tiempo que se pueden procesar en una hora. [ 35 ] Las mediciones del ángulo de contacto se pueden utilizar para caracterizar el uso de micro/nanopilares para romper paredes celulares. El análisis del potencial zeta mediante el método de potencial de flujo de un recubrimiento antimicrobiano [ 36 ] o un material autodesinfectante [ 37 ] en contacto con un entorno acuoso, o mediante la dispersión de luz electroforética de dispersiones de nanopartículas de aditivos antibacterianos [ 38 ] revela información sobre la carga superficial e interfacial y permite predecir la atracción o repulsión electrostática de los microorganismos.

Solicitud

Tratamiento de agua

Péptidos antimicrobianos y quitosano

La quitina natural y ciertos péptidos han sido reconocidos por sus propiedades antimicrobianas. Actualmente, estos materiales se transforman en nanopartículas para producir aplicaciones de desinfección de bajo costo. Los péptidos naturales forman canales a nanoescala en las membranas celulares bacterianas, lo que provoca un colapso osmótico. [ 39 ] Estos péptidos se sintetizan ahora para adaptar las nanoestructuras antimicrobianas en cuanto a tamaño, morfología, recubrimientos, derivatización y otras propiedades, lo que permite utilizarlas para obtener propiedades antimicrobianas específicas según se desee. El quitosano es un polímero obtenido de la quitina en las conchas de los artrópodos y se ha utilizado por sus propiedades antibacterianas durante un tiempo, especialmente desde que se transformó en nanopartículas. El quitosano demuestra ser eficaz contra bacterias, virus y hongos; sin embargo, es más eficaz contra hongos y virus que contra bacterias. Las nanopartículas de quitosano con carga positiva interactúan con la membrana celular con carga negativa, lo que provoca un aumento de la permeabilidad de la membrana y, finalmente, la fuga y ruptura de los componentes intracelulares. [ 39 ]

nanopartículas de plata

Se sabe que los compuestos e iones de plata presentan propiedades antimicrobianas y se utilizan en numerosas aplicaciones, incluido el tratamiento de aguas. Se ha demostrado que los iones de plata previenen la replicación del ADN y afectan la estructura y la permeabilidad de la membrana celular. La plata también provoca la inactivación de bacterias y virus mediante radiación UV, ya que los iones de plata son fotoactivos en presencia de radiación UV-A y UV-C. La cisteína y los iones de plata forman un complejo que inactiva el fago de Haemophilus influenzae y el bacteriófago MS2 . [ 39 ]

Aplicaciones médicas y comerciales

Dispositivos quirúrgicos

Incluso con todas las precauciones tomadas por los profesionales médicos, se informa que la infección ocurre en hasta el 13,9 % de los pacientes después de la estabilización de una fractura abierta, y en aproximadamente 0,5-2 % de los pacientes que reciben prótesis articulares. [ 40 ] Para reducir estas cifras, las superficies de los dispositivos utilizados en estos procedimientos se han alterado con la esperanza de prevenir el crecimiento de las bacterias que causan estas infecciones. Esto se ha logrado recubriendo los dispositivos de titanio con una combinación antiséptica de clorhexidina y cloroxilenol. Esta combinación antiséptica previene con éxito el crecimiento de los cinco principales organismos que causan infecciones relacionadas con la medicina, que incluyen Staphylococcus epidermidis , Staphylococcus aureus resistente a la meticilina , Pseudomonas aeruginosa , Escherichia coli y Candida albicans . [ 40 ] También se demostró que un recubrimiento de gel a base de péptidos con actividad antibacteriana intrínseca contra Staphylococcus aureus resistente a la meticilina inhibe la colonización de implantes de titanio en ratones. [ 41 ]

Recubrimientos fotocatalíticos

Los pigmentos fotoactivos como TiO₂ y ZnO se han utilizado en sustratos de vidrio, cerámica y acero para fines de autolimpieza y antimicrobianos. Para la actividad bactericida fotocatalítica en aplicaciones de tratamiento de agua, se han utilizado materiales de sustrato granulares en forma de arenas que soportan recubrimientos mixtos de TiO₂ anatasa/rutilo. [ 42 ] Los fotocatalizadores semiconductores de óxido como TiO₂ reaccionan con la irradiación incidente que excede la banda prohibida electrónica del material, lo que resulta en la formación de pares electrón-hueco (excitones) y la generación secundaria de especies radicales a través de la reacción con adsorbentes en la superficie del fotocatalizador, produciendo un efecto oxidativo o reductor que degrada los organismos vivos. [ 43 ] [ 44 ] El dióxido de titanio se ha utilizado con éxito como recubrimiento antimicrobiano en azulejos de baño, losas de pavimentación, desodorantes, ventanas autolimpiables y muchos más.

Superficies táctiles de cobre

Las superficies de aleación de cobre poseen propiedades intrínsecas para destruir una amplia gama de microorganismos .

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), que supervisa la regulación de agentes y materiales antimicrobianos en ese país, descubrió que las aleaciones de cobre eliminan más del 99,9 % de las bacterias patógenas en tan solo dos horas cuando se limpian regularmente. [ 33 ] El cobre y sus aleaciones son clases únicas de materiales sólidos, ya que ninguna otra superficie sólida de contacto tiene autorización en los Estados Unidos para realizar afirmaciones sobre la salud humana (los registros de salud pública de la EPA estaban anteriormente restringidos solo a productos líquidos y gaseosos). La EPA ha otorgado el estatus de registro antimicrobiano a 355 composiciones diferentes de aleaciones de cobre. [ 33 ] En aplicaciones de atención médica, los productos de cobre antimicrobianos aprobados por la EPA incluyen barandillas de cama, pasamanos , mesas sobre la cama, lavabos , grifos , pomos de puertas , accesorios de inodoro , postes de suero intravenoso, teclados de computadora , etc. En aplicaciones de instalaciones públicas, los productos de cobre antimicrobianos aprobados por la EPA incluyen equipos de gimnasio , equipos de ascensores , manijas de carritos de compras , etc. En aplicaciones de edificios residenciales, los productos de cobre antimicrobianos aprobados por la EPA incluyen superficies de cocina , barandillas de cama, cabeceros , placas de empuje de puertas, toalleros, accesorios de inodoro, azulejos de pared, etc. En instalaciones de transporte público, los productos de cobre antimicrobianos aprobados por la EPA incluyen pasamanos , pasamanos de escaleras , barras de apoyo , sillas , bancos , etc. Una lista completa de productos de superficie de aleación de cobre que han recibido el estado de registro antimicrobiano con declaraciones de salud pública por parte de la EPA se puede encontrar aquí: Superficies táctiles de aleación de cobre antimicrobianas#Productos aprobados .

Actualmente se están realizando ensayos clínicos con cepas microbianas exclusivas de centros sanitarios de todo el mundo para evaluar en qué medida las aleaciones de cobre pueden reducir la incidencia de infecciones en entornos hospitalarios. Los primeros resultados publicados en 2011 de estudios clínicos financiados por el Departamento de Defensa de EE. UU. que se llevan a cabo en unidades de cuidados intensivos (UCI) del Memorial Sloan-Kettering Cancer Center en la ciudad de Nueva York, la Universidad Médica de Carolina del Sur y el Centro Médico Ralph H. Johnson VA en Charleston , Carolina del Sur , indican que las habitaciones donde se sustituyeron las superficies de contacto comunes por cobre mostraron una reducción del 97 % en los patógenos superficiales en comparación con las habitaciones sin cobre, y que los pacientes en las UCI con cobre tenían un riesgo un 40,4 % menor de contraer una infección nosocomial en comparación con los pacientes en las UCI sin cobre. [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]

Recubrimientos antiincrustantes

La bioincrustación marina se describe como la acumulación indeseable de microorganismos, plantas y animales en superficies artificiales sumergidas en agua. [ 48 ] La acumulación significativa de bioincrustación en embarcaciones marinas puede ser problemática. Tradicionalmente, se utilizan biocidas , una sustancia química o microorganismo que puede controlar el crecimiento de organismos dañinos por medios químicos o biológicos, para prevenir la bioincrustación marina. Los biocidas pueden ser sintéticos, como el tributilestaño (TBT), o naturales, que se derivan de bacterias o plantas. [ 48 ] Históricamente, el TBT fue el principal biocida utilizado para recubrimientos antiincrustantes, pero más recientemente los compuestos de TBT se han considerado sustancias químicas tóxicas que tienen efectos negativos en los seres humanos y el medio ambiente, y han sido prohibidos por la Organización Marítima Internacional. [ 49 ] El diseño inicial de los recubrimientos antiincrustantes consistía en los ingredientes activos (por ejemplo, TBT) dispersos en el recubrimiento en el que se "filtraban" en el agua de mar, matando cualquier microbio u otra vida marina que se hubiera adherido al barco. La tasa de liberación del biocida tendía a ser incontrolada y a menudo rápida, lo que hacía que el recubrimiento solo fuera efectivo durante 18 a 24 meses antes de que todo el biocida se lixiviara del recubrimiento. [ 49 ]

Figura 3: Liberación de biocida a lo largo del tiempo.

Este problema, sin embargo, se resolvió con el uso de las llamadas pinturas autopulimentables, en las que el biocida se liberaba a un ritmo más lento a medida que el agua de mar reaccionaba con la capa superficial de la pintura. [ 49 ] Más recientemente, se han utilizado pinturas antiincrustantes a base de cobre porque son menos tóxicas que el TBT en ambientes acuáticos, pero solo son efectivas contra la vida animal marina y no tanto contra el crecimiento de algas. Los recubrimientos antiadherentes no contienen biocida, pero tienen superficies extremadamente resbaladizas que previenen la mayor parte de la incrustación y facilitan la limpieza de cualquier incrustación que se produzca. Los biocidas naturales se encuentran en organismos marinos como corales y esponjas y también previenen la incrustación si se aplican a una embarcación. Crear una diferencia de carga eléctrica entre el casco y el agua de mar es una práctica común para prevenir la incrustación. Esta tecnología ha demostrado ser efectiva, pero se daña fácilmente y puede ser costosa. Finalmente, se pueden agregar micropúas a un recubrimiento, y dependiendo de la longitud y la distribución, han demostrado la capacidad de prevenir la adhesión de la mayor parte de la bioincrustación. [ 49 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Diccionario médico de Dorlands: antibacteriano" . Consultado el 29 de octubre de 2010 .{{cite web}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  2. 1 2 Onaizi SA, Leong SS (2011). "Anclaje de péptidos antimicrobianos: estado actual y desafíos potenciales". Biotechnology Advances . 29 (1): 67– 74. doi : 10.1016/j.biotechadv.2010.08.012 . PMID 20817088 . 
  3. 1 2 3 4 Dastjerdi R, Montazer M (agosto de 2010). "Una revisión sobre la aplicación de materiales nanoestructurados inorgánicos en la modificación de textiles: enfoque en las propiedades antimicrobianas". Colloids and Surfaces B: Biointerfaces . 79 (1): 5– 18. doi : 10.1016/j.colsurfb.2010.03.029 . PMID 20417070 . 
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