Diseño de materiales antimicrobianos mediante ingeniería basada en plasma

La preocupación por las infecciones resistentes a los antibióticos con infecciones prevalentes adquiridas en el hospital de instrumentos quirúrgicos, implantes y superficies muy contactadas ha llevado a un mayor desarrollo de antimicrobianos en los últimos años.

Los métodos de química húmeda convencionales que se utilizan para crear materiales biocidas son complejos, requieren mucho tiempo y son costosos. En el Revista de física aplicadaPor AIP Publishing, investigadores de Bélgica, República Checa e Italia presentaron un tutorial en el que descubrieron una alternativa prometedora llamada ingeniería de superficies habilitada por plasma, que acelera el desarrollo de materiales antimicrobianos.

«La ingeniería basada en plasma es un método económico y respetuoso con el medio ambiente porque no requiere el uso de disolventes y puede ampliarse a la producción industrial de forma relativamente directa», dijo el coautor Anton Nikiforov.

Nueva tecnología de ingeniería basada en plasma

La tecnología se basa en plasma en desequilibrio, o gas parcialmente ionizado, que produce reacciones químicas para cambiar las propiedades de la superficie del material. Los diferentes niveles de calor dentro del plasma (gases nobles ionizados, oxígeno o aire) crean distintas vías químicas. Las reacciones se pueden manipular modulando la energía eléctrica de la activación de la superficie, la deposición del revestimiento y las nanoestructuras de la superficie de casi cualquier material sólido.

La ingeniería soportada por plasma puede crear superficies antimicrobianas para matar por contacto, antiincrustante y liberación de fármacos. Los asesinos por contacto destruyen los microorganismos a través de uñas microscópicas que perforan los microorganismos al contacto. Un estudio mostró que las nanoestructuras de silicio grabadas con plasma negro son altamente bactericidas contra una variedad de bacterias, incluyendo Staphylococcus aureus, que es una bacteria resistente a los antibióticos que se sabe que causa una infección cutánea grave que también puede infectar el torrente sanguíneo, los pulmones, el corazón y los huesos.

Controlar la liberación de compuestos antimicrobianos.

El antiincrustante evita que los microorganismos se acumulen en las superficies para formar biopelículas y otros entornos microbianos peligrosos. Algunos de estos materiales están inspirados en lo que la naturaleza ya ha inventado, como las propiedades antiincrustantes de las cigarras y las alas de libélula, que consisten en nano-acolchados que matan a los microbios al contacto y producen bioquímicos para repeler la humedad.

Los recubrimientos hidrófobos ultrafinos polimerizados por plasma (materiales impermeabilizantes inspirados en la hoja de loto) también se han desarrollado e investigado exhaustivamente por sus propiedades antiincrustantes. Sin humedad, se evita que los microorganismos se adhieran a estas superficies y se multipliquen en ellas.

Las superficies de liberación de fármacos controlan la liberación de compuestos antimicrobianos, lo que permite la administración de altas dosis de Antibióticos a los sitios de destino, lo cual es útil después de la cirugía. Por ejemplo, la vancomicina, un antibiótico común, se depositó dentro de partículas esféricas. Esto se logró mediante la deposición de plasma asistida por aerosoles que combina plasmas y aerosoles de alta energía.

Se han desarrollado varios métodos basados ​​en plasma para crear tales superficies antimicrobianas, incluido el grabado con plasma a presión baja y atmosférica, la polimerización con plasma, la pulverización, la agregación gaseosa de nanopartículas, la deposición de plasma asistida por aerosol y varias combinaciones de los mismos métodos.

Aunque la ingeniería basada en plasma ciertamente se acelerará, aún quedan desafíos por superar, incluida la necesidad de comprender mejor cómo se adhieren las bacterias a las superficies y qué sucede exactamente cuando se destruyen los microorganismos.