Proprietà antimicrobiche di un multi

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 21427 (2022) Citare questo articolo

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Le superfici di contatto ad alto traffico come le maniglie delle porte, i controsoffitti e i corrimano possono essere punti di trasmissione per la diffusione di agenti patogeni, sottolineando la necessità di sviluppare materiali che si auto-igienizzino attivamente. I metalli sono spesso utilizzati per queste superfici a causa della loro durabilità, ma molti metalli possiedono anche proprietà antimicrobiche che funzionano attraverso una varietà di meccanismi. Questo lavoro studia le leghe metalliche costituite da diversi metalli che possiedono individualmente proprietà antimicrobiche, con l'obiettivo di ottenere una sanificazione rapida e ad ampio spettro attraverso un'attività sinergica. Viene proposto un paradigma di stabilizzazione motivato dall'entropia per preparare leghe scalabili di rame, argento, nichel e cobalto. Utilizzando lo sputtering combinatorio, le leghe a film sottile sono state preparate su wafer da 100 mm con una classificazione compositiva pari a ≈50% di ciascun elemento sul wafer. Le pellicole sono state quindi ricotte e analizzate per verificarne la stabilità della lega. I test sull’attività antimicrobica sono stati eseguiti sia sulle leghe coltivate che sulle pellicole ricotte utilizzando quattro microrganismi – Phi6, MS2, Bacillus subtilis ed Escherichia coli – come surrogati di agenti patogeni virali e batterici umani. I test hanno dimostrato che dopo 30 secondi di contatto con alcune delle leghe di prova, Phi6, un batteriofago di RNA a filamento singolo avvolto che funge da surrogato della SARS-CoV-2, è stato ridotto fino a 6,9 ordini di grandezza (> 99,9999%). Inoltre, il batteriofago MS2 con DNA a doppio filamento senza involucro e i ceppi batterici Gram-negativi di E. coli e Gram-positivi di B. subtilis hanno mostrato una riduzione dell'attività di 5,0, 6,4 e 5,7 log dopo 30, 20 e 10 minuti. , rispettivamente. L’attività antimicrobica nei campioni di lega ha mostrato una forte dipendenza dalla composizione, con la riduzione logaritmica che si ridimensiona direttamente con il contenuto di Cu. La concentrazione di Cu mediante separazione di fase dopo la ricottura ha migliorato l'attività in alcuni campioni. I risultati motivano una varietà di temi che possono essere sfruttati per progettare superfici antimicrobiche ideali.

Le superfici tattili in aree ad alto traffico1,2,3 possono diventare vettori di propagazione di malattie attraverso il contatto indiretto tra persone infette e vulnerabili4,5, rendendo fondamentale lo sviluppo di materiali autoigienizzante che siano efficaci contro un'ampia gamma di agenti patogeni. Lavori precedenti hanno dimostrato che i microrganismi possono rimanere vivi o attivi sulle superfici per ore o giorni6,7,8,9,10, inclusi molti agenti patogeni umani come lo Staphylococcus aureus sensibile alla meticillina (MSSA) e lo Staphylococcus aureus resistente (MRSA)11, il rinovirus12, Virus dell’influenza A13, Rotovirus14 e virus corona come la sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2)7,15, che ha causato la pandemia globale del 2020-202216,17. Queste lunghe vite determinano in parte la possibilità che gli agenti patogeni si diffondano durante il successivo contatto con la superficie18. Le superfici ad alto traffico sono spesso realizzate in metalli, con l'acciaio inossidabile (SS) che è una scelta comune grazie al suo costo relativamente basso, alla sua durata e alla resistenza alla corrosione; È stato segnalato che la SS ha modeste proprietà antimicrobiche19. Occasionalmente l'ottone (CuZn), una lega di rame e zinco, viene utilizzato per le superfici tattili grazie alla sua gradevole tonalità dorata, tuttavia è un metallo molto più morbido, è più costoso (tre volte il costo dell'SS al momento della scrittura) e si ossida facilmente; l'ossidazione verde o nera tende ad esfoliarsi dalla superficie e quindi le superfici in ottone necessitano di una pulizia regolare. L'ottone ha una nota attività antimicrobica20,21. Concentrandosi sulla propagazione della malattia, molti dei metalli che mostrano attività antimicrobica22,23,24,25,26,27,28,29,30, come rame (Cu), argento (Ag) e cobalto (Co), non lo sono largamente impiegati a causa del loro costo e della tendenza ad ossidarsi. Ciascuno di questi metalli svolge attività antimicrobica attraverso meccanismi diversi contro diversi agenti patogeni18. Sfruttando questi meccanismi in sinergia, una lega in soluzione solida di questi elementi può essere attiva contro una gamma di agenti patogeni più ampia della somma delle sue parti, dando vita a una superlega antimicrobica.

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-d80139361e648"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>