Ao usar um processo de corrosão eletroquímica em uma liga de aço inoxidável comum, os pesquisadores criaram uma superfície nanotexturada que mata as bactérias sem prejudicar as células dos mamíferos. Se pesquisas adicionais apoiarem os primeiros resultados do teste, o processo pode ser usado para atacar a contaminação microbiana em dispositivos médicos implantáveis ​​e em equipamentos de processamento de alimentos feitos com o metal.

Embora o mecanismo específico pelo qual o material nanotexturado mata as bactérias exija um estudo mais aprofundado, os pesquisadores acreditam que minúsculos picos e outras nano-protrusões criadas na superfície perfuram as membranas bacterianas para matar os insetos. As estruturas da superfície não parecem ter um efeito semelhante nas células de mamíferos, que são uma ordem de magnitude maiores do que as bactérias.

Além dos efeitos antibacterianos, a nanotexturização também parece melhorar a resistência à corrosão. A pesquisa foi publicada em 12 de dezembro na revista. Ciência e Engenharia de Biomateriais ACS por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia.

"Este tratamento de superfície tem implicações potencialmente abrangentes porque o aço inoxidável é amplamente utilizado e muitas das aplicações podem se beneficiar, "disse Julie Champion, professor associado da Escola de Engenharia Química e Biomolecular da Georgia Tech. "Muitas das abordagens antimicrobianas usadas atualmente adicionam algum tipo de filme de superfície, que pode passar. Porque estamos realmente modificando o próprio aço, isso deve ser uma mudança permanente no material. "

Champion e seus colaboradores da Georgia Tech descobriram que a modificação da superfície matou bactérias Gram negativas e Gram positivas, testá-lo em Escherichia coli e Staphylococcus aureus. Mas a modificação não parecia ser tóxica para as células de camundongos - uma questão importante porque as células devem aderir a implantes médicos como parte de sua incorporação ao corpo.

A pesquisa começou com o objetivo de criar uma superfície super-hidrofóbica no aço inoxidável em um esforço para repelir líquidos - e com eles, bactérias. Mas logo ficou claro que a criação de tal superfície exigiria o uso de um revestimento químico, que os pesquisadores não queriam fazer. Os pós-doutorandos Yeongseon Jang e Won Tae Choi então propuseram uma ideia alternativa de usar uma superfície nanotexturizada em aço inoxidável para controlar a adesão bacteriana, e eles iniciaram uma colaboração para demonstrar esse efeito.

A equipe de pesquisa experimentou vários níveis de fluxo de tensão e corrente em um processo eletroquímico padrão. Tipicamente, processos eletroquímicos são usados ​​para polir aço inoxidável, mas o campeão e colaborador Dennis Hess - um professor e Thomas C. DeLoach, Cadeira Jr. na Escola de Engenharia Química e Biomolecular - utilizou a técnica para tornar a superfície rugosa em escala nanométrica.

"Nas condições certas, você pode criar uma nanotextura na estrutura da superfície do grão, "Hess explicou." Este processo de texturização aumenta a segregação superficial de cromo e molibdênio e, portanto, aumenta a resistência à corrosão, que é o que diferencia o aço inoxidável do aço convencional. "

O exame microscópico mostrou saliências de 20 a 25 nanômetros acima da superfície. "É como uma cordilheira com picos e vales agudos, "disse o campeão." Achamos que o efeito de matar bactérias está relacionado à escala de tamanho dessas características, permitindo que eles interajam com as membranas das células bacterianas. "

Os pesquisadores ficaram surpresos com o fato de que a superfície tratada matou as bactérias. E porque o processo parece depender de um processo biofísico em vez de químico, os insetos não devem ser capazes de desenvolver resistência a ele, ela adicionou.

Uma segunda grande aplicação potencial para a técnica de modificação de superfície é o equipamento de processamento de alimentos. Lá, o tratamento de superfície deve prevenir a aderência de bactérias, aprimorando as técnicas de esterilização existentes.

Os pesquisadores usaram amostras de uma liga de aço inoxidável comum conhecida como 316L, tratar a superfície com um processo eletroquímico no qual corrente é aplicada às superfícies de metal enquanto elas estão submersas em uma solução de ácido nítrico.

A aplicação da corrente move os elétrons da superfície do metal para o eletrólito, alterando a textura da superfície e concentrando o teor de cromo e molibdênio. As tensões e densidades de corrente específicas controlam o tipo de recursos de superfície produzidos e sua escala de tamanho, disse Hess, que trabalhou com Choi - então um Ph.D. aluno - e Professor Associado Victor Breedveld na Escola de Engenharia Química e Biomolecular, e Professor Preet Singh na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais, para projetar o processo de nanotexturização.

Para avaliar mais completamente os efeitos antibacterianos, Jang contratou a expertise de Andrés García, professor da Regents na Woodruff School of Mechanical Engineering da Georgia Tech, e o aluno de graduação Christopher Johnson. Em seus experimentos, eles permitiram que amostras bacterianas crescessem em amostras de aço inoxidável tratadas e não tratadas por períodos de até 48 horas.

No final desse tempo, o metal tratado continha significativamente menos bactérias. Essa observação foi confirmada pela remoção da bactéria em uma solução, em seguida, colocar a solução em placas de ágar. As placas que receberam solução do aço inoxidável não tratado mostraram um crescimento bacteriano muito maior. Testes adicionais confirmaram que muitas das bactérias nas superfícies tratadas estavam mortas.

Células de fibroblastos de camundongo, Contudo, não parecia se incomodar com a superfície. "As células dos mamíferos pareciam bastante saudáveis, "disse o campeão." Sua capacidade de proliferar e cobrir toda a superfície da amostra sugere que eles estavam bem com a modificação da superfície. "

Para o futuro, os pesquisadores planejam conduzir estudos de longo prazo para garantir que as células dos mamíferos permaneçam saudáveis. Os pesquisadores também querem determinar o quão bem sua nanotextura se mantém quando sujeita ao desgaste.

"Em princípio, isso é muito escalável, "disse Hess." A eletroquímica é rotineiramente aplicada comercialmente para processar materiais em grande escala. "