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

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 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 microorganismos e formação de biofilme. Dependendo da aplicação, isso pode aumentar a possibilidade de intoxicação alimentar 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 usadas 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 àquelas de espumas de poliuretano comumente usadas. O crescimento da 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 de usar aditivos antibacterianos comuns, descobrimos que as partículas insolúveis permanecem isoladas na camada de elastômero de silicone, afetando assim a microrrugosidade da superfície. O ácido tânico solúvel em água se dissolve no meio e parece ajudar a inibir o crescimento bacteriano planctônico, 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, 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, em contato constante com tecidos e fluidos corporais. Como a umidade ambiental e a água promovem a formação de biofilme pela adesão de microorganismos, tais condições sem dúvida aumentam a possibilidade de infecções. Outro campo de aplicação de SIFs em rápido crescimento é o amortecimento (assentos, colchões, juntas), onde o contato ocasional com fluidos corporais, alimentos e líquidos é altamente provável. As espumas de amortecimento geralmente têm 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 as cadeias poliméricas ou enxertadas no esqueleto 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 adesão bacteriana10,11. Por exemplo, Busscher et al. compararam Candida albicans e C. tropicalis e verificaram que quanto mais hidrofóbica a superfície do microrganismo, mais ele tende 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 molhar é relatado na faixa de 16,7°–24,7°)12,13. É geralmente entendido que a adesão de microorganismos depende de interações hidrofóbicas entre a célula bacteriana e a superfície do polímero13.

Buscando suprimir a adesão de bactérias hidrofílicas em uma superfície hidrofóbica, o aumento da hidrofilicidade da superfície10,14,15 é frequentemente proposto como uma possível solução. A adesão de E. coli no cateter de silicone diminui em 32% ao enxertar peptídeo antimicrobiano e polivinilpirrolidona em PDMS curado, ou até ~ 95% usando metilcelulose modificada por vinil16 e, usando carboximetilquitosana e polidopamina resultou em um ≥ 90% de redução na adesão de E. coli15. Além disso, o enxerto de acrilatos7 em borracha de silicone (Pseudomonas, cateter) suprime efetivamente a adsorção de proteínas inespecíficas e a adesão celular, suprimindo a recuperação hidrofóbica da superfície. Um dos trabalhos mais recentes de McVerry et al. mostra uma modificação bem-sucedida da superfície hidrofílica em uma etapa em condições ambientais e sob luz ultravioleta para criar uma rede de polisulfobetaína e perfluorofenilazida de polímero zwitteriônico na superfície de silicone17. A atividade antibacteriana relatada foi devido à formação da camada de hidratação da superfície na presença do revestimento hidrofílico.