Propriedades antimicrobianas de um multi

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 21427 (2022) Citar este artigo

934 acessos

1 Citações

2 Altmétrica

Detalhes das métricas

Superfícies de contato com alto tráfego, como maçanetas, bancadas e corrimãos, podem ser pontos de transmissão para disseminação de patógenos, enfatizando a necessidade de desenvolver materiais que se autohigienizam ativamente. Os metais são freqüentemente usados ​​para essas superfícies devido à sua durabilidade, mas muitos metais também possuem propriedades antimicrobianas que funcionam por meio de uma variedade de mecanismos. Este trabalho investiga ligas metálicas compostas por vários metais que individualmente possuem propriedades antimicrobianas, com o objetivo de alcançar rápida sanitização de amplo espectro por meio de atividade sinérgica. Um paradigma de estabilização motivado por entropia é proposto para preparar ligas escaláveis ​​de cobre, prata, níquel e cobalto. Usando pulverização catódica combinatória, as ligas de filme fino foram preparadas em wafers de 100 mm com ≈50% de graduação de composição de cada elemento ao longo do wafer. Os filmes foram recozidos e investigados quanto à estabilidade da liga. O teste de atividade antimicrobiana foi realizado nas ligas cultivadas e nos filmes recozidos usando quatro microorganismos - Phi6, MS2, Bacillus subtilis e Escherichia coli - como substitutos para patógenos bacterianos e virais humanos. Os testes mostraram que, após 30 s de contato com algumas das ligas de teste, o Phi6, um bacteriófago de RNA de fita simples envelopado que serve como substituto do SARS-CoV-2, foi reduzido em até 6,9 ordens de magnitude (> 99,9999%). Além disso, o bacteriófago de DNA de fita dupla não envelopado MS2 e as cepas bacterianas Gram-negativas E. coli e Gram-positivas B. subtilis mostraram uma redução de 5,0, 6,4 e 5,7 log na atividade após 30, 20 e 10 min , respectivamente. A atividade antimicrobiana nas amostras de liga mostrou uma forte dependência da composição, com escala de redução de log diretamente com o teor de Cu. A concentração de Cu por separação de fases após o recozimento melhorou a atividade em algumas das amostras. Os resultados motivam uma variedade de temas que podem ser aproveitados para projetar superfícies antimicrobianas ideais.

Superfícies de toque em áreas de alto tráfego1,2,3 podem se tornar vetores de propagação de doenças por meio do contato indireto entre pessoas infectadas e vulneráveis4,5, tornando-se fundamental o desenvolvimento de materiais auto-higienizáveis ​​que sejam eficazes contra uma ampla gama de patógenos. Trabalhos anteriores mostraram que os microrganismos podem permanecer vivos ou ativos em superfícies por horas a dias6,7,8,9,10, incluindo muitos patógenos humanos, como Staphylococcus aureus suscetível à meticilina (MSSA) e Staphylococcus aureus resistente (MRSA)11, Rhinovirus12, Vírus influenza A13, Rotovírus14 e vírus corona, como o coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2)7,15, que causou a pandemia global de 2020–202216,17. Esses longos tempos de vida determinam em parte o potencial de disseminação de patógenos durante o contato subsequente com a superfície18. Superfícies de alto tráfego geralmente são feitas de metais, sendo o aço inoxidável (SS) uma escolha comum devido ao seu custo relativamente baixo, durabilidade e resistência à corrosão; Foi relatado que SS tem propriedades antimicrobianas modestas19. Ocasionalmente, o latão (CuZn), uma liga de cobre e zinco, é empregado para superfícies de toque devido à sua agradável tonalidade dourada; oxida facilmente; a oxidação verde ou preta tende a esfoliar da superfície e, portanto, as superfícies de latão requerem limpeza regular. O latão tem atividade antimicrobiana conhecida20,21. Com foco na propagação de doenças, muitos dos metais que apresentam atividade antimicrobiana22,23,24,25,26,27,28,29,30, como cobre (Cu), prata (Ag) e cobalto (Co), não são amplamente empregados devido ao seu custo e tendência à oxidação. Cada um desses metais alcança atividade antimicrobiana por diferentes mecanismos contra diversos patógenos18. Ao alavancar esses mecanismos sinergicamente, uma liga de solução sólida desses elementos pode ser ativa contra uma gama de patógenos maior que a soma de suas partes, resultando em uma superliga antimicrobiana.

This work focuses on the development of multicomponent alloys of CuAgCo; each of these metals achieve antimicrobial activity through different modes of action30. Copper in-particular has shown biological activity against a wide range of viruses7,22,23,24,2 protein *. J. Biol. Chem. 274, 5474–5482 (1999)." href="/articles/s41598-022-25122-4#ref-CR31" id="ref-link-section-d9907085e648"31 and bacteria7,30. The mode of action in these systems has been attributed to interactions between the Cu+1/+2 ions32 and surface proteins which become denatured, resulting in the viral envelope failing33,34. Silver metal has been used as an antimicrobial agent since times of antiquity35 and can bind with virus surface glycoproteins disrupting replication25,26,36,37. In bacteria, the sanitizing mechanisms in Ag have been attributed to damage to the cell wall and membranes38 and interference with internal cellular functions30,39. Cobalt in the Co3+ state has been reported to have anti-bacterial and anti-viral27,28,29 properties when complexed with chelators or ligands, potentially through Schiff bases, a mechanism that inactivates protein active sites40. In its un-oxidized state, cobalt has been shown to be effective at reducing bacterial presence39,41. By developing an alloy of these metals, the resultant material may show antimicrobial activity due to a range of mechanisms, making it simultaneously effective against a range of pathogens larger than any one metal. Furthermore, the multifaceted modes of action may provide accelerated sanitation properties./p> 18%; conventional materials design rules correctly predict the immiscibility of the Ag. Each of the binary phase diagrams also predict immiscibility of the 3d metals with Ag. Silver precipitates have been observed in previous antimicrobial surfaces of Ag-diamond like carbon (DLC), resulting in reduced materials longevity, but improved long-term antimicrobial properties54,61. The EDX also shows Ni and Co in the precipitates. The slightly smaller lattice parameter of FCC1 compared to bulk Ag is likely the result of a small amount of residual Ni and Co being alloyed into the lattice./p> 0.05) antimicrobial activity against Phi6 and MS2, Fig. 4a,b (and Supplemental Fig. S4), achieving a 6.9-log reduction of Phi6 (30 s test time) and a 7.1-log reduction for MS2 (30-min test time). The log-reduction metric is a percentile scale which is normalized to the titer concentration for each test; these values correspond to the limits of detection for each respective organism. All of the other tested metals—including our candidate metals Co, Ni and Ag—showed much lower activity. Also notable among the tested metals is zinc (Zn), which has been previously reported to have antimicrobial activity against a wide range of pathogens30, but here appears to be weak (Supplementary Fig. S5). Zinc was not used in the wafer due to its high vapor pressure, making it incompatible with general-use vacuum systems. All of the tested surfaces, other than Cu, are statistically identical to the stainless steel (alloy 304) control; 304SS is chosen as the control due to its common use for high-traffic surfaces./p>

2 protein *. J. Biol. Chem. 274, 5474–5482 (1999)./p>