Crescimento microbiano e adesão de Escherichia coli em espumas elastoméricas de silicone com aditivos comumente utilizados

May 24, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8541 (2023) Citar este artigo

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O silicone é frequentemente usado em ambientes onde a repelência à água é uma vantagem. O contato com a água promove a adesão de microrganismos e a formação de biofilme. Dependendo da aplicação, isso pode aumentar a possibilidade de intoxicações alimentares e infecções, a aparência degradante do material e a probabilidade de defeitos de fabricação. A prevenção da adesão microbiana e da formação de biofilme também é essencial para as espumas elastoméricas à base de silicone, que são utilizadas em contato direto com o corpo humano, mas muitas vezes são difíceis de limpar. Neste estudo, a fixação microbiana e a retenção dos poros de espumas de silicone de diferentes composições são descritas e comparadas com aquelas de espumas de poliuretano comumente utilizadas. O crescimento de Escherichia coli gram-negativa nos poros e sua lixiviação durante os ciclos de lavagem é caracterizado por crescimento/inibição bacteriana, ensaio de adesão e imagem SEM. As propriedades estruturais e superficiais dos materiais são comparadas. Apesar do uso de aditivos antibacterianos comuns, descobrimos que as partículas não solúveis permanecem isoladas na camada de elastômero de silicone, afetando assim a microrugosidade superficial. O ácido tânico solúvel em água dissolve-se no meio e parece ajudar na inibição do crescimento bacteriano planctónico, com uma indicação clara da disponibilidade de ácido tânico nas superfícies dos SIFs.

O silicone é um material bem pesquisado com uma ampla gama de aplicações. No entanto, as suas propriedades antibacterianas em aplicações específicas ainda levantam questões. Em aplicações médicas, as espumas à base de silicone (SIFs) são usadas principalmente como próteses1 e curativos modernos2,3, entrando em contato constante com tecidos e fluidos corporais. Como a umidade ambiental e a água promovem a formação de biofilme pela adesão de microrganismos, tais condições sem dúvida aumentam a possibilidade de infecções. Outro campo de aplicação de rápido crescimento para SIFs é o de amortecimento (assentos, colchões, gaxetas), onde o contato ocasional com fluidos corporais, alimentos e líquidos é altamente provável. As espumas de amortecimento costumam ter uma estrutura de células abertas, que permite a penetração de ar, fluidos e microorganismos. Como a formação de biofilme também degrada a aparência do material e aumenta a probabilidade de defeitos de fabricação4,5, a prevenção da adesão microbiana e da formação de biofilme em materiais de silicone é um assunto importante, independente de sua aplicação.

Poli(dimetilsiloxano), por exemplo, polímeros à base de PDMS, comumente conhecidos como silicones, não são inerentemente antibacterianos. Aditivos como catalisadores, incluindo nanopartículas de platina6, e outras espécies de baixo peso molecular incorporadas entre cadeias poliméricas ou enxertadas na estrutura do polímero podem conferir atividade antibacteriana ao silicone7,8,9. A baixa tensão superficial e, portanto, a alta hidrofobicidade são relatadas como uma das principais razões pelas quais o PDMS é propenso à adsorção de proteínas e à adesão bacteriana . Por exemplo, Busscher et al. compararam Candida albicans e C. tropicalis e descobriram que quanto mais hidrofóbica a superfície do microrganismo, mais ele está inclinado a aderir a uma superfície de silicone4. Embora a bactéria gram-negativa Escherichia coli tenha regiões hidrofóbicas e hidrofílicas em sua camada de membrana externa, sua superfície é geralmente considerada hidrofílica (o ângulo de contato para umedecimento está na faixa de 16,7° a 24,7°)12,13. É geralmente entendido que a adesão de microrganismos depende de interações hidrofóbicas entre a célula bacteriana e a superfície do polímero .

Buscando suprimir a adesão de bactérias hidrofílicas a uma superfície hidrofóbica, o aumento da hidrofilicidade superficial é frequentemente proposto como uma possível solução. A adesão de E. coli ao cateter de silicone diminui em 32% ao enxertar peptídeo antimicrobiano e polivinilpirrolidona em PDMS curado, ou mesmo até ~ 95% usando metilcelulose modificada com vinil16 e, usando carboximetil quitosana e polidopamina resultou em um Redução ≥ 90% na adesão de E. coli15. Além disso, o enxerto de acrilatos7 em borracha de silicone (Pseudomonas, cateter) suprime efetivamente a adsorção de proteínas não específicas e a adesão celular, suprimindo a recuperação hidrofóbica da superfície. Um dos trabalhos mais recentes de McVerry et al. mostra uma modificação de superfície hidrofílica bem-sucedida em uma etapa em condições ambientais e sob luz UV para criar uma rede de polissulfobetaína e perfluorofenilazida de polímero zwitteriônico na superfície de silicone . A atividade antibacteriana relatada foi devida à formação da camada de hidratação superficial na presença do revestimento hidrofílico.