El aumento inminente de materiales antibacterianos y antimicrobianos

La aparición de nuevos agentes infecciosos se ha convertido en una preocupación importante – ahora más que nunca cuando el mundo se enfrenta a las consecuencias sanitarias y económicas provocadas por una pandemia mundial. El desarrollo y uso de materiales antimicrobianos solo se espera que aumenten a medida que empleemos medidas más estrictas para controlar nuestro entorno y prevenir futuros brotes .

Impulsada por la creciente conciencia sobre el mantenimiento de la seguridad y la salud, la industria global de recubrimientos antimicrobianos anticipa un fuerte aumento de la demanda , según lo informado por Global Market Insights.

El mercado de materiales y revestimientos antibacterianos se valoró en más de 3.000 millones de dólares en 2017. Se espera que registre una tasa de crecimiento anual compuesto de alrededor del 12,5 % entre 2018 y 2024 , alcanzando los 7.000 millones de dólares a finales de 2024.

Se espera que el desarrollo y el uso de materiales antimicrobianos aumenten a medida que empleamos medidas más estrictas para controlar nuestro entorno y prevenir futuros brotes.

Los agentes infecciosos generalmente se propagan a través de gotas en el aire producido por estornudos o tos . Estos fluidos corporales pueden depositarse en las superficies y la transmisión de persona a persona es posible si una persona toca estas gotitas respiratorias.

En un estudio realizado por Neely y Maley, se descubrió que patógenos como el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA) y el enterococo resistente a la vancomicina sobreviven durante un día con materiales utilizados en los hospitales .

Los virus generalmente permanecen activos por más tiempo en acero inoxidable, plástico y superficies duras similares que en telas y otras superficies blandas.

Algunos microbios incluso vivieron más de 90 días . Estos microorganismos son endémicos en las unidades de cuidados intensivos (UCI) y se asocian con una mayor probabilidad de enfermedad y muerte. Desinfectantes, como con peróxido de hidrógeno , no son ideales debido a su limitado efecto residual y problemas de toxicidad ambiental.

Esta estructura actual exige una necesidad de explorar materiales que puedan proporcionar actividad antimicrobiana , reduciendo así la aparición de posibles brotes.

El material antibacteriano ideal

Materiales antibacterianos contienen agentes antimicrobianos que son capaces de inhibir o matar microbios en su superficie o en su entorno. Pueden ser polímeros antimicrobianos, plásticos antibacterianos, nanomateriales antimicrobianos o cerámicas antimicrobianas .

Un material antimicrobiano ideal presenta las siguientes características:

• seguro de usar;
• barato y fácil de sintetizar;
• cubre una amplia gama de actividad antimicrobiana;
• altamente estable durante períodos prolongados;
• insoluble en agua (si se usa en la desinfección del agua);
• no susceptible a la descomposición;
• no debe liberar productos tóxicos.

Tipos de materiales y recubrimientos antimicrobianos

1. Polímeros antimicrobianos

Las propiedades macromoleculares versátiles de un polímero lo convierten en una opción favorable contra la contaminación microbiana, particularmente en el campo biomédico . También conocidos como biocidas poliméricos, los polímeros antimicrobianos pueden inhibir el crecimiento de microorganismos causantes de enfermedades.

Principios generales de las superficies antimicrobianas [1].

Materiales que exhiben acción antimicrobiana sin refinamientos y tienen propiedades inherentes de autodesinfección se denominan materiales antimicrobianos intrínsecos . Los polímeros naturales, los polímeros con grupos de guanidina, los polímeros que contienen átomos de nitrógeno cuaternario, los polímeros que contienen halógenos y los polímeros que imitan a los péptidos naturales son algunos de los muchos materiales poliméricos con actividad antimicrobiana intrínseca.

Algunos polímeros naturales incluyen quitosano, heparina y e-polilisina . Se considera que los materiales a base de quitosano tienen un potencial prometedor debido a su biodegradabilidad, no toxicidad, biocompatibilidad y actividad antimicrobiana.

Los envases poliméricos antimicrobianos para alimentos están de moda a medida que las empresas cambian a envases antibacterianos para obtener un producto más seguro y una mayor vida útil.

Impartir actividad antimicrobiana a los polímeros también es posible a través de modificaciones químicas . Algunas modificaciones incluyen la incorporación covalente de antimicrobianos de menor peso molecular, el acoplamiento de péptidos antimicrobianos y el injerto de polímeros naturales en polímeros sintéticos.

Embalaje alimentario polimérico antimicrobiano está haciendo su ronda a medida que las empresas cambian a envases antibacterianos para obtener un producto más seguro y una mayor vida útil .

Se pueden encontrar otras aplicaciones de polímeros antimicrobianos en la eliminación de moho, recubrimientos en polvo y la industria de la construcción.

2. Plásticos antibacterianos

a) Plásticos antimicrobianos

Un plástico antimicrobiano es un material de polímero sintético que contiene aditivos antimicrobianos, lo que lo hace efectivo contra el crecimiento microbiano . Exhibe propiedades antibacterianas al interrumpir la comunicación de célula a célula a través de la formación de superficies antiadherentes, matando así a las bacterias.

Plásticos antimicrobianos en filtros de agua comerciales.

Plásticos antimicrobianos de uso comercial, como tronas, filtros de agua y recipientes para almacenar alimentos. son más duraderos que los plásticos sin ningún ingrediente activo antimicrobiano. Los aditivos combinados con los polímeros termoplásticos y termoestables trabajan para minimizar la presencia de microorganismos que hacen que el plástico se degrade más rápido, extendiendo aún más la vida útil funcional de un plástico . Algunos materiales plásticos compatibles incluyen polipropileno (PP), policarbonato (PC), poliestireno (PS) y polietileno (PE/LDPE).

b) Bioplásticos antimicrobianos

Albúmina, soja y proteína de suero servir como materias primas favorables para la fabricación de bioplásticos. Los plásticos a base de albúmina dificultan el crecimiento de E. coli y bacillus subtilis en su superficie , mientras que las inmunoglobulinas y los glicomacropéptidos que se encuentran en la proteína de suero se unen a la toxina y previenen la infección microbiana .

CuanTec, una empresa escocesa de biotecnología azul, presentó un reemplazo compostable doméstico antimicrobiano para los envases de plástico para alimentos basado en el uso de quitina, el segundo biopolímero natural más abundante en el mundo. La empresa extrae esta quitina de los productos de desecho de los procesadores de alimentos de la industria del marisco (conchas, cabezas, pinzas, colas, las partes que la gente no come) y la convierte en quitosano.

También hay métodos de prueba disponible para determinar si la albúmina o los plásticos de suero se pueden usar en los sistemas de atención médica, como en embalaje de productos médicos y pruebas de infección para aplicaciones médicas .

3. Cerámica antimicrobiana

Una cerámica antimicrobiana es un material sólido no metálico incorporado con un aditivo dentro de su esmalte que lo hace resistente al crecimiento bacteriano . En un estudio realizado por Drelich et al., se demostró que una cerámica con infusión de cobre podría servir como un producto antibacteriano prometedor para la desinfección del agua.

(a) esquema de los tres pasos en la fabricación de piedras cerámicas antimicrobianas; (b) piedras cerámicas; (c) patrón de difracción de rayos X de la arcilla utilizada en la formulación de piedras; (d) micrografía electrónica de barrido de una piedra cerámica que revela la porosidad [2].

Se ha afirmado que el cobre y los compuestos de cobre matan una variedad de microorganismos, incluidas las bacterias. (gram positivos y negativos), hongos, virus (envuelto y no envuelto), levadura y esporas .

Es capaz de matar el 99,9 % de las bacterias dañinas en dos horas y seguir eliminando más del 99 % de las bacterias independientemente de la exposición repetida a la superficie de cobre, según la Asociación de Desarrollo del Cobre (CDA). Las poblaciones de Klebsiella pneumoniae y Staphylococcus aureus en agua contaminada, cuando se expusieron a la piedra cerámica antimicrobiana porosa infundida con cobre, se redujeron en>99,9 % en 3 horas. .

Las aplicaciones de cerámica antibacteriana se pueden encontrar en fregaderos, bañeras, inodoros, duchas y electrodomésticos de cocina.

4. Nanomateriales antimicrobianos

a) Nanopartículas orgánicas e inorgánicas

Nanopartículas orgánicas puede eliminar los microbios mediante la liberación de agentes antimicrobianos o superficies catiónicas que matan por contacto . En un experimento realizado por Jones et al., se mezcló poli-epsilon-caprolactona (PCL) con poli(N-vinilpirrolidona)-yodo, impartiendo como resultado propiedades antibacterianas a los biomateriales, sin ningún cambio en las propiedades mecánicas o reológicas. propiedades . La degradación de PCL también promovió la antiadherencia de Escherichia coli .

Representación esquemática de diferentes tipos de nanopartículas (NP) divididas en categorías orgánicas, híbridas e inorgánicas [3].

Nanopartículas inorgánicas son más estables a temperaturas más altas que sus contrapartes orgánicas , permitiéndoles soportar duras condiciones de procesamiento. Como resultado, las nanopartículas inorgánicas se utilizan a menudo como materiales antimicrobianos.

b) Nanopartículas de óxido metálico

Nanopartículas de óxido metálico causar daño en la membrana celular por interacción electrostática . La fuga de protones induce la generación de especies reactivas de oxígeno que dañan biomoléculas orgánicas como lípidos, carbohidratos, ácidos nucleicos y proteínas, lo que provoca la muerte microbiana.

Óxido de aluminio mostró inhibición del crecimiento de Escherichia coli. Trióxido de antimonio también es tóxico para los microbios Staphylococcus aureus y Bacillus subtilis. Otras nanopartículas de óxidos metálicos como óxido de cobalto, óxido de hierro, óxido de magnesio, óxido de zinc, dióxido de titanio y nanopartículas de plata también mostró resultados prometedores de actividad antimicrobiana.

Una de las aplicaciones más vitales de las nanopartículas metálicas, especialmente las nanopartículas de plata, en el campo de la medicina es el uso de estas nanopartículas como agentes antimicrobianos. Se ha aprobado la actividad letal de las nanopartículas contra un amplio espectro de bacterias Gram-positivas, bacterias Gram-negativas y hongos.

Nanopartículas de plata tienen excelentes propiedades antibacterianas en comparación con otros metales . El fuerte enlace de los iones de plata con los grupos tiolato de proteínas y enzimas celulares los convierte en un aditivo ideal en tejidos para el cuidado de la salud como mascarillas, cortinas privadas, vendajes, apósitos para heridas, sábanas y otros textiles. relacionados con la asistencia sanitaria. En 2015, el uso de plata en recubrimientos antimicrobianos en polvo representó 50 % de los ingresos totales de la industria . También esperaba generar $ 2 mil millones para 2024.

¿Qué sigue?

Es solo cuestión de tiempo hasta que los materiales antibacterianos, particularmente en el mercado de revestimientos de superficies, ganen más tracción como materia prima principal en caso de que los gobiernos implementen normas más estrictas para hacer cumplir las medidas de autosaneamiento. .

Además, su aplicación en muchas industrias como construcción, envasado de alimentos, textiles, eliminación de moho, muebles, utensilios de cocina y automotriz fortalecerá aún más su dominio en el mercado global.