Avaliação das atividades antibacterianas de máscaras faciais revestidas com nanopartículas de dióxido de titânio

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 18739 (2022) Citar este artigo

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Para controlar doenças infecciosas, várias aplicações da nanotecnologia têm sido usadas para melhorar as propriedades de autolimpeza e antibacterianas dos materiais. Este estudo teve como objetivo avaliar as propriedades antibacterianas de máscaras faciais revestidas com nanopartículas de TiO2. A eficácia antibacteriana das máscaras faciais de pano revestidas com TiO2 foi medida inoculando-as em suspensões bacterianas (105 CFUs de E. coli e S. aureus). Os resultados mostraram que as soluções de nanopartículas de TiO2 (a 2%) reduziram o inóculo inicial de 105 UFCs (5 log cfu/cm2) de E. coli e S. aureus para 1,3 e 1,68 log, respectivamente, com atividades antibacterianas de 3,7 e 3,34 log , respectivamente. Além disso, em uma concentração de 1%, as atividades antibacterianas contra E. coli e S. aureus foram de 2,1 e 2,01 log, respectivamente, enquanto em uma concentração baixa (0,5%), as atividades antibacterianas contra E. coli e S. aureus foram de 1,8 e 1,72 log, respectivamente. As UFCs em todos os grupos experimentais foram significativamente menores do que as do grupo controle (salina). Em conclusão, as soluções de nanopartículas de TiO2 com alta concentração (2%) demonstraram um forte efeito antibacteriano em E. coli e S. aureus, e a diferença foi estatisticamente significativa, enquanto uma atividade antibacteriana significativa foi demonstrada com concentração mais baixa (0,5% e 1 %) soluções de nanopartículas de TiO2 após 18 h. Houve uma diferença estatisticamente significativa em relação à redução de colônias entre E. coli e S. aureus mesmo em 3 h. As atividades antibacterianas do TiO2 em máscaras faciais podem ser promissoras para reduzir o risco de infecções bacterianas.

O desenvolvimento da nanotecnologia é uma tendência tecnológica promissora que pode ter grande impacto em diversas áreas, como física e biologia, medicina, eletrônica, alimentação, qualidade da água, indústria têxtil, qualidade do ar e biomecânica 1. É definida como "uma ciência e tecnologia que é conduzida em um bilionésimo (10-9) parte do metro", ou seja, na nanoescala (1-100 nm).

Existem muitos tipos de nanopartículas, como nanopartículas metálicas, não metálicas, orgânicas e inorgânicas 2. Titânio, cobre e nanopartículas de prata são exemplos de nanopartículas metálicas. O dióxido de titânio (TiO2) tem propriedades únicas, como baixo custo, estabilidade, baixa toxicidade, alto índice de refração, altas propriedades ópticas, alta absorção ultravioleta, forte capacidade redox, alta lacuna de energia (ou seja, 3,2–5,2 eV) e tem boas propriedades elétricas, ópticas e magnéticas 3,4. É necessário definir completamente as características das nanopartículas, como tamanho, forma, morfologia superficial, cristalinidade e absorção de luz, utilizando técnicas de caracterização apropriadas 5, como técnicas de microscopia (microscopia eletrônica ou microscopia de varredura por sonda). Além disso, técnicas ópticas (espectroscopia) podem ser usadas para estudar as características das nanopartículas, como refletância, transmitância, fotoquímica e luminescência 6. Brunauer–Emmett–Teller (BET), difratometria de raios X (XRD) e espectroscopia de infravermelho (IR) são as técnicas mais amplamente utilizadas para a caracterização de estruturas NP e podem ser usadas para descrever a fase, tamanho de partícula, tipo e natureza cristalina de nanopartículas. A qualidade da superfície das nanopartículas é altamente influenciada por suas propriedades mecânicas, que incluem estresse, revestimentos de superfície, dureza, deformação, fricção e adesividade. As características do TiO2 incluem estabilidade, baixo custo, não toxicidade, biocompatibilidade, propriedades ópticas e elétricas. Aparece principalmente em três formas distintas, incluindo brookita, anatase e rutilo, com diferentes estruturas. Simulações termodinâmicas mostram que, durante o aquecimento, tanto anatásio quanto brookita se transformam em rutilo, que é mais estável em todas as temperaturas e pressões abaixo de 60 kbar 7. Nanomateriais, como fotocatalisadores de TiO2, demonstraram atividade notável na fotodegradação de uma variedade de compostos orgânicos e inorgânicos poluentes. Como os contaminantes orgânicos podem se degradar totalmente em materiais inofensivos em condições normais de temperatura e pressão, espera-se que a fotocatálise seja em breve um dos métodos mais eficientes para lidar com diversos tipos de contaminantes. Poluentes, incluindo herbicidas, ácidos carboxílicos e álcoois, podem ser totalmente decompostos em dióxido de carbono, água e minerais simples 8. O fotocatalisador deve ter qualidades específicas, como tamanho de partícula correto, forma, cristalinidade e anatase para rutilo proporção, para ser particularmente eficaz. Os métodos mais comumente usados ​​para produzir nanopartículas de TiO2 são eletrodeposição, micelas reversas, método sol-gel, deposição de vapor químico orgânico de metal, método de combustão em chama, síntese em fase gasosa (aerossol), métodos hidrotérmicos, síntese química úmida pela precipitação de hidróxidos de sais e métodos mediados por microemulsão 9. O processo sol-gel é uma técnica química úmida que é usada principalmente nas áreas de ciência de materiais e engenharia de cerâmica. Pode ser definida como a conversão de uma solução precursora em um sólido inorgânico por meio de reações de polimerização induzidas pela água 10. A hidrólise forma um sol que é basicamente uma dispersão de partículas coloidais em um líquido e a condensação leva à formação de um gel. Comparado aos métodos discutidos acima, o processo sol-gel é muito promissor para a síntese e preparação de nanomateriais híbridos inorgânicos e orgânicos‒inorgânicos porque permite o uso de baixas temperaturas de processamento (< 100 °C) e homogeneidade de composição em nível molecular 10. O tamanho e a forma das partículas são fáceis de controlar usando o método sol-gel. O processo sol-gel produz pós esféricos finos de tamanho uniforme e tem sido amplamente utilizado para sintetizar materiais de TiO2 e normalmente ocorre por meio de uma etapa catalisada por ácido de alcóxidos de titânio (IV) 11. Uma das características mais atraentes do sol-gel processo é a possibilidade de moldar o material resultante em formas desejadas, como fibra, filme e pó monodisperso. Várias etapas e condições são aplicadas em um processo sol-gel para controlar a morfologia final, conforme sugerido por Mehrotra e Singh 10. O uso de TiO2 como fotocatalisador para matar microorganismos é conhecido há muito tempo 12. As propriedades e mecanismos antibacterianos da nanotecnologia têm sido amplamente discutidos, incluindo as nanopartículas de TiO2, que têm sido extensivamente aplicadas devido às suas propriedades fotocatalíticas para quebrar e remover sujeira, odor e matar bactérias. O mecanismo dessa técnica depende da geração de radicais superóxidos reativos (O2− e ·OH) na superfície das moléculas de TiO2 durante o processo de fotocatálise quando expostas à luz de comprimento de onda apropriado 13,14,15. As radículas de oxigênio afetam as células bacterianas por diferentes mecanismos, levando à sua morte. Ambos os tipos de bactérias diferem entre si em sua resposta a nanopartículas antibacterianas. A desinfecção é definida como o procedimento de tratamento usado para eliminar microrganismos patogênicos, mas pode não eliminar esporos bacterianos 16. Nas últimas décadas, o TiO2 na forma de nanopartículas tem sido conhecido por ter atividades antibacterianas de amplo espectro 17,18. As máscaras faciais de tecido são materiais utilizados para proteção contra patógenos respiráveis ​​(bacterianos ou virais) 19. São classificadas em máscaras completas, meias-máscaras e máscaras de um quarto. A eficiência de filtragem das máscaras faciais varia de uma para outra, dependendo da densidade do material da máscara facial 20. Com o uso contínuo de máscaras faciais sem troca regular, a lavagem inadequada pode potencialmente contaminar as superfícies, pois a temperatura e a umidade induzem a umidade e, portanto, a colonização microbiana ; além disso, o uso inadequado pode levar ao risco de propagação do patógeno 21,22,23,24,25. O descarte de máscaras levou a um enorme aumento de resíduos, que são classificados como "perigosos com risco infeccioso", e as máscaras faciais são descartadas como perigosas biológicas 26. As nanopartículas demonstraram ser capazes de matar uma ampla gama de organismos , incluindo bactérias gram-negativas e gram-positivas, que diferem em relação à sua parede celular e envelope e, portanto, sua resistência a desinfetantes 27. Além disso, muitos outros organismos, incluindo vírus, fungos, algas e protozoários, demonstraram ser morto por nanopartículas de TiO2 12. Foi demonstrado que essas nanopartículas são úteis para a desinfecção de máscaras faciais 16,17. Máscaras faciais revestidas com TiO2 são amplamente aplicadas para melhorar a autolimpeza e propriedades antibacterianas para controlar doenças infecciosas, como a COVID-19 28. Este artigo teve como objetivo avaliar as propriedades antibacterianas de máscaras faciais revestidas com nanopartículas de TiO2.