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Jun 19, 2024

Textiles nanocompuestos antimicrobianos altamente eficientes y duraderos

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 17332 (2022) Cita este artículo 2974 Accesos 1 Citas 4 Detalles de Altmetric Metrics Las infecciones asociadas a la atención sanitaria causan millones de hospitalizaciones

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 17332 (2022) Citar este artículo

2974 Accesos

1 Citas

4 altmétrico

Detalles de métricas

Las infecciones asociadas a la atención sanitaria provocan millones de hospitalizaciones y cuestan miles de millones de dólares cada año. Una posible solución para abordar este problema es desarrollar textiles antimicrobianos para tejidos sanitarios (ropa de cama de hospital, batas, batas de laboratorio, etc.). Se ha demostrado que los textiles recubiertos con nanopartículas metálicas poseen propiedades antimicrobianas, pero no han sido adoptados por los centros de atención médica debido a los riesgos de lixiviación y posterior pérdida de función, toxicidad y contaminación ambiental. Este trabajo presenta el desarrollo y prueba de textiles nanocompuestos de zinc antimicrobianos, fabricados mediante un novedoso proceso de Crescoating. En este proceso, las nanopartículas de zinc se cultivan in situ dentro de la mayor parte de diferentes tejidos naturales y sintéticos para formar nanocompuestos seguros y duraderos. Los textiles nanocompuestos de zinc muestran una reducción microbiana sin precedentes del 99,99 % (4 log10) al 99,9999 % (6 log10) en 24 h en las bacterias grampositivas y gramnegativas más comunes y en los hongos patógenos. Además, la actividad antimicrobiana permanece intacta incluso después de 100 ciclos de lavado, lo que demuestra la alta longevidad y durabilidad del textil. Una evaluación dermatológica independiente confirmó que el nuevo tejido no es irritante y es hipoalergénico.

Las infecciones asociadas a la atención sanitaria (HAI) son un importante problema de salud pública: al menos uno de cada 31 pacientes se infecta durante o después de recibir tratamiento en hospitales de Estados Unidos1. Se sabe que los textiles en los centros de atención médica (cortinas, ropa de cama, ropa de trabajadores, alfombras, batas de pacientes, toallas, muebles) albergan microorganismos y facilitan la propagación de HAI, incluido el SARS-CoV-22,3. La limpieza periódica y la aplicación de desinfectantes a todos los textiles del entorno hospitalario no son suficientes para prevenir la transmisión. Incluso con una limpieza regular, se encontró que la ropa de los trabajadores de la salud tenía una cantidad significativa de carga microbiana después de un horario de trabajo típico de 8 a 12 h, y alrededor del 92 % de las cortinas de los hospitales contenían patógenos una semana después de la limpieza4.

La magnitud de este problema ha aumentado aún más desde la pandemia de COVID-19, que mantuvo los centros de salud a su máxima capacidad y propensos a la propagación de más infecciones. Entre las HAI comunes observadas en hospitales de los Estados Unidos, la infección del torrente sanguíneo asociada a catéteres (CLABSI), las infecciones del tracto urinario asociadas a catéteres (CAUTI) y la neumonía asociada a ventiladores aumentaron en un 47%, 19% y 45%, respectivamente, en Estados Unidos. el año 2020. Aparte de estos, los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) también informaron que las infecciones asociadas a Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA) aumentaron en el año 2020, con el inicio de la pandemia de COVID-195.

En los Estados Unidos, la transmisión del SARS-CoV-2 ha sido predominante en hospitales, residencias de ancianos e instalaciones médicas, lo que ha provocado que más de 1.037.400 trabajadores de la salud hayan contraído COVID-19 en los EE. UU. hasta el 18 de marzo de 20226,7. Si bien el enfoque de los trabajadores de la salud se ha desplazado a combatir este problema, algunas de las principales causas de muerte en hogares de ancianos han pasado a un segundo plano, como las infecciones respiratorias, las infecciones del tracto urinario (ITU), la gastroenteritis, la sepsis y las enfermedades de la piel, que involucran resistencia a múltiples medicamentos. patógenos bacterianos y fúngicos8,9. Esto convierte a estas instalaciones en “puntos críticos” para este tipo de infecciones, lo que genera una necesidad urgente de textiles antivirales/antimicrobianos autodesinfectantes que frenan la transmisión, donde idealmente se requiere una inversión de capital baja.

El uso de nanotecnología y nanomateriales es uno de los enfoques más prometedores para el desarrollo de la próxima generación de textiles funcionales10,11. La importancia de los nanomateriales, en particular las nanopartículas, radica en su capacidad de conferir múltiples funcionalidades con una notable mejora de estas funcionalidades debido al aumento de la relación superficie-volumen y la alta energía superficial12. Las nanopartículas de plata en particular han despertado un creciente interés por parte de la industria textil debido a sus propiedades antimicrobianas de amplio espectro. Entre 2004 y 2011, la cuota de mercado de la plata en los textiles antimicrobianos aumentó del 9 al 25%, reemplazando progresivamente a los compuestos orgánicos sintéticos13. Se han desarrollado varios métodos para incorporar nanopartículas metálicas y de óxidos metálicos en textiles14. Los enfoques más comunes incluyen la pulverización de una solución de nanopartículas15, la deposición capa por capa con polímeros o polielectrolitos16, el recubrimiento sonoquímico17, la deposición por plasma18 y el electrohilado19.

Los métodos actuales de funcionalización de nanopartículas tienen importantes limitaciones en términos de durabilidad a largo plazo20. Los recubrimientos superficiales de nanopartículas están sujetos a lixiviación a medida que las nanopartículas se liberan del material de fibra. Esto es particularmente pertinente en textiles y prendas de vestir que están sujetos a tensión mecánica, abrasión, así como a ciclos repetidos de lavado y secado. La emisión de nanopartículas de plata de los textiles varía según el producto y puede llegar al 80% durante el primer lavado20,21. Además, la plata y otras nanopartículas utilizadas en textiles como el cobre han demostrado toxicidad en los sistemas ambientales22,23,24. Estas nanopartículas antimicrobianas también pueden alterar los procesos de tratamiento biológico utilizados en instalaciones de tratamiento de agua municipales e industriales25.

El trabajo presentado aquí se centra en el uso de un proceso novedoso llamado Crescoating, que significa recubrimiento por crecimiento [-cresco], para la introducción de nanopartículas en textiles para formar nanocompuestos estables y la demostración del efecto antimicrobiano de los textiles nanocompuestos de zinc. Normalmente, los nanocompuestos se describen como materiales de al menos dos fases y uno de los componentes está en la nanoescala. Podría ser una fase de nanopartículas metálicas o no metálicas incrustadas en un soporte a macroescala, como los tejidos en este caso. En el proceso de tratamiento Crescoating, las nanopartículas crecen directamente sobre y dentro de la masa de materiales poliméricos. Este crecimiento masivo permite una mejor retención de nanopartículas, evitando tanto las pérdidas de rendimiento de los textiles como las emisiones de nanopartículas en los sistemas de agua.

Se ha seleccionado el zinc debido a sus numerosas ventajas sobre las nanopartículas utilizadas actualmente en los textiles. Además de sus propiedades antimicrobianas26, está generalmente reconocido como seguro (GRAS) por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA), no presenta toxicidad ambiental o humana y se usa comúnmente en productos comerciales que van desde alimentos hasta cosméticos26. La demostración de las propiedades antimicrobianas se realizó probando diferentes textiles contra diferentes microorganismos, incluidas bacterias Gram negativas, Gram positivas y hongos.

Los textiles nanocompuestos se fabricaron sumergiéndolos en una solución precursora iónica acuosa, que se trata térmicamente para formar nanopartículas en la mayor parte y en toda la superficie de los tejidos. La tecnología utilizada aquí se llama Crescoating (Fig. 1) y comienza con la formación de semillas sólidas a partir de la solución iónica bajo calentamiento, seguida de su nucleación para formar nanopartículas definidas. El tratamiento térmico se realizó mediante un horno de convección que conduce a la evaporación del agua seguida de la formación de semillas y la nucleación de las partículas. El tamaño de las partículas puede oscilar entre 5 y 500 nm, dependiendo de las condiciones del proceso y quedan incrustadas en los soportes textiles. Este método mejora la durabilidad y longevidad de los textiles nanocompuestos, a diferencia de los productos con revestimiento de superficie convencionales, que pierden sus nanopartículas con el tiempo debido a múltiples ciclos de lavado.

Comparación de (A) proceso de recubrimiento por inmersión convencional con (B) tecnología de Crescoating térmico. (A) Síntesis húmeda de nanopartículas por reducción química (1), recubrimiento por inmersión del textil en la nanopartícula (2), seguido de lavado y secado (3). (B) Impregnación del textil en solución precursora (1), reducción térmica calentando el textil a 100 °C (2), seguido de lavado y secado (3).

La eficacia de este método fue demostrada previamente para la remediación ambiental utilizando espuma de poliuretano y tejidos de polipropileno, polialgodón y nailon por sus propiedades antivirales27,28,29,30. La Figura 2 muestra imágenes SEM de materiales nanocompuestos de poliuretano, nailon y poliéster.

Imágenes SEM de nanocompuestos plásticos producidos con proceso de “crecimiento in situ”. (A) Película nanocompuesta de zinc-poliuretano. Las flechas azules muestran dos piezas de la película delgada de nanocompuesto. La amplificación de la imagen en la sección transversal de la película muestra la presencia de nanopartículas de zinc en el interior de la película. (B) Nanocompuesto de zinc y nailon que muestra nanopartículas de zinc incrustadas en las fibras de nailon. (C) Nanocompuesto de plata-poliéster/algodón.

Para demostrar la versatilidad de la tecnología Crescoating, el proceso se ha adaptado a varios tejidos utilizando también diferentes nanopartículas metálicas (Fig. 3).

Versatilidad del proceso de crecimiento de nanopartículas in situ utilizando diferentes nanopartículas en diferentes textiles. nSe: nanoselenio, nb: nanoboro, nCe: nanocerio, nFe: nanohierro, nAg, nanoplata.

En este estudio los soportes textiles utilizados fueron seda, poliéster sintético, algodón nailon y algodón poliéster. Se seleccionaron textiles naturales, sintéticos y mezclados para analizar qué tan bien funcionaría el tratamiento antimicrobiano en diferentes tipos de tejidos. Específicamente, el conjunto de telas elegido anteriormente se usa comúnmente en la industria textil y de prendas de vestir de consumo y sería beneficioso incorporar actividad antimicrobiana en ellas. La síntesis de textiles nanocompuestos de zinc se basó en un método desarrollado previamente30. Brevemente, las telas se sumergieron inicialmente en soluciones iónicas precursoras de sal de zinc durante 30 minutos a temperatura ambiente. Luego se calentaron en un horno de convección a 100 °C durante 4 h manteniendo una fina capa de la solución sobre ellos. Sobre los soportes de zinc se formaron precipitados blancos. Cualquier precipitado no unido se eliminó siguiendo el método LP1 de la Asociación Estadounidense de Químicos y Coloristas Textiles (AATCC): método de lavado en el hogar y se secó31.

Los nanocompuestos sintetizados se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido (6700 SEM, JEOL Inc.). La Figura 4 muestra nanocompuestos de zinc cultivados en tejidos de poliéster. Sobre el soporte textil se pueden observar nanopartículas de zinc muy pequeñas, con un tamaño de ≤ 100 nm. La cobertura de nanopartículas sobre el soporte no es uniforme ni generalizada. Las imágenes SEM de tejidos de control no tratados se pueden encontrar en la Figura complementaria S1. Las nanopartículas no unidas recolectadas mediante el lavado de manos de los tejidos nanocompuestos inmediatamente después de la síntesis se analizaron mediante cristalografía de rayos X (D8 Discover, Bruker Corp.) en nuestro estudio anterior30. El ajuste del patrón se realizó con el software JADE para XRD (Materials Data Inc.). Las partículas de zinc estaban compuestas principalmente por dos fases cristalinas de hidróxido de zinc (Zn(OH)2) e hidróxido de carbonato de zinc (Zn5(CO3)2(OH)6 hidrocincita).

Imágenes SEM de nanopartículas extraídas de tejido de poliéster tratado con zinc.

La formación de estas nanopartículas sigue un proceso de tres pasos similar a la formación de nanopartículas de óxido de hierro previamente estudiadas28. La síntesis térmica de nanopartículas soportadas se logra mediante la formación de semillas en fase sólida que se nuclean para formar nanopartículas. En el caso del zinc, los precursores de la sal se someten a hidrólisis para formar intermedios de hidróxido en forma de Zn(OH)2. En presencia de carbonato aportado desde la atmósfera y/o desde la degradación del contraión acetato, se forman partículas de hidróxido de carbonato de zinc. Las fases de hidrozincita e hidróxido de zinc se pueden observar en patrones de difracción de rayos X30,32.

Una empresa de pruebas externa, Pace Analytical LLC, probó la retención de nanopartículas de zinc en los textiles después de varios ciclos de lavado. Se sometieron muestras de varios tipos de tejidos de algodón nanocompuestos al procedimiento de lixiviación por precipitación sintética (SPLP). Estos tejidos se lavaron previamente una vez finalizada la fabricación para eliminar las nanopartículas sueltas de su superficie. Luego se aplicó la prueba basada en la preparación EPA 3010A y el método analítico EPA 6010B para estudiar la lixiviación de nanopartículas de zinc de los tejidos33. Los resultados del estudio mostraron que la mayor lixiviación de zinc de 106.000 µg/L se produce después del primer lavado posterior a la fabricación para uno de los tipos de algodón. Todos los demás valores son más bajos y van seguidos de una lixiviación significativamente menor después de cada ciclo de lavado posterior (consulte la información complementaria Tabla S1). Esto demuestra que los tejidos nanocompuestos preparados con el novedoso método Crescoating son muy duraderos. Se encuentra que la concentración inicial más alta de lixiviado es mucho menor que 250.000 µg/L, que es el valor de concentración límite umbral soluble (STLC) para el estado de California34. Con base en este límite, se puede concluir que la concentración de zinc que se lixivia de los tejidos después de cada ciclo de lavado no es lo suficientemente significativa como para representar un riesgo para la salud o el medio ambiente. Los diferentes valores de lixiviación observados para los tres tipos diferentes de algodón podrían ser el resultado de diferencias en el tamaño de las fibras y los procesos de pretratamiento como la mercerización (oxidación de las fibras para facilitar la unión del metal), que se realizó para los tipos de algodón 1 y 2.

Para las pruebas antimicrobianas, se cultivaron nanopartículas de zinc en muestras textiles de poliéster, seda y nailon/algodón (50:50) obtenidas de Testfabrics Inc. y Rockywoods Fabrics LLC, respectivamente. Se utilizó el método de prueba AATCC 100–2004 para pruebas antibacterianas y antifúngicas de telas funcionalizadas. El experimento se realizó por triplicado. Se seleccionaron dos especies bacterianas Pseudomonas aeruginosa (PA, ATCC 27853) (gramnegativas) y Staphylococcus aureus resistente a meticilina (MRSA) (grampositivas) y una especie de hongo Candida albicans (CA) para pruebas antimicrobianas. Los resultados se han separado en dos categorías: una prueba "antes del lavado" realizada en muestras que se lavaron a máquina poco después del tratamiento y una prueba "después del lavado" con muestras que fueron sometidas a más ciclos de lavado y secado a máquina. Las pruebas "después del lavado" fueron realizadas por una empresa de pruebas externa (consulte el informe en información complementaria). El tejido utilizado fue una mezcla de poliéster y algodón y las pruebas se realizaron en las especies bacterianas Staphylococcus aureus (SA, ATCC 6538) (Grampositivas) y Klebsiella pneumoniae (KP, ATCC 4352) (Gramnegativas). Esto se hizo para comprobar la eficacia antimicrobiana de diferentes tejidos nanocompuestos de zinc contra diversos patógenos en diferentes condiciones.

Brevemente, las muestras de tejido se inocularon con suspensiones de bacterias en caldo nutritivo y se enjuagaron. Estas muestras se dividieron en dos conjuntos con diferentes tiempos de elución, una elución inmediata de 0 h y una elución después de un período de incubación de 24 h. Luego, la solución eluida de los tejidos inoculados se sembró en placas y se incubó durante 24 h a 37 °C. El crecimiento bacteriano se cuantificó mediante el recuento de colonias en placas como se muestra en la Fig. 5. Los resultados se expresan en % de reducción y se calculan mediante la siguiente fórmula (Ec. 1).

donde A es el número de colonias bacterianas recuperadas del tejido de muestra tratado inoculado y B es el número de colonias bacterianas recuperadas del tejido de control no tratado inoculado, ambos incubados durante un período de contacto establecido. Para todos los experimentos, la Ec. 2 se utilizó para determinar la eficacia de la prueba. Este cálculo es una verificación cualitativa para confirmar que la concentración inicial de bacterias utilizada fue suficiente para realizar la prueba antimicrobiana. Este número debe ser superior a 1,5.

donde a es el número de colonias bacterianas recuperadas de la tela de control no tratada inmediatamente después de la inoculación y b es el número de colonias bacterianas recuperadas de la tela de control no tratada después de 24 h de incubación después de la inoculación. Para todos los experimentos informados, estos valores de eficacia oscilaron entre 1,5 y 3,5, lo que confirma la concentración bacteriana efectiva.

Fotografías seleccionadas de placas de cultivo celular utilizadas en pruebas antimicrobianas mediante recuento de células para muestras eluidas después de 24 h con una dilución de 105X.

El procedimiento anterior se siguió de manera similar para las pruebas contra el hongo patógeno Candida albicans. Aunque las pruebas antimicóticas recomendadas por la AATCC para textiles difieren de las de las bacterias, el ciclo de crecimiento de Candida albicans se parece al de las bacterias, lo que permite realizar pruebas antimicóticas utilizando esta versión modificada del método de prueba 100-200435 de la AATCC.

Los datos de 0 h, que se muestran en la Tabla 1, para cada textil mostraron propiedades antibacterianas variadas para Pseudomonas aeruginosa (PA), Staphylococcus aureus resistente a meticilina (MRSA) y Candida albicans (CA). Esto podría deberse a la rápida elución de las inoculaciones microbianas de los tejidos, lo que deja mucho menos tiempo para que las nanopartículas interactúen con las células patógenas y reduzcan su crecimiento de manera constante. A pesar de esto, el porcentaje de reducción microbiana para casi todas las muestras osciló entre el 32 y el 91 %, lo que indica que los tejidos nanocompuestos aún pueden inducir algunas propiedades antimicrobianas. Para el poliéster nanocompuesto tratado con MRSA, se observó un valor negativo e indica que se recuperaron más bacterias que el control. Esto podría ser posible debido a las propiedades de absorción variables de cada tejido o podría deberse a una mezcla inadecuada de la concentración bacteriana. "NA" se utiliza para valores negativos o indica contaminación. Por otro lado, los resultados de la elución de 24 h mostraron una reducción microbiana significativa en las muestras tratadas con textiles nanocompuestos de zinc en comparación con los controles no tratados (ANOVA, p <0,05). Los porcentajes de reducción microbiana fueron mucho menos variables y oscilaron entre 98 y > 99,999 % (> 1 log10 a > 5 log10) de reducción. Los porcentajes obtenidos son superiores o similares a los reportados en la literatura para tejidos de algodón antimicrobianos contra bacterias Gram positivas S. aureus y Gram negativas36,37. Aunque el mecanismo antimicrobiano de las nanopartículas de zinc no está claramente estudiado, informes de estudios anteriores han sugerido que sus propiedades fotocatalíticas generan peróxido de hidrógeno (H2O2) a través de una serie de reacciones en presencia de H2O. Estas moléculas de peróxido de hidrógeno son tóxicas para las células microbianas ya que pueden penetrar la membrana celular y matarlas38. Ha habido menos estudios sobre la eficacia antimicrobiana de estos textiles sobre hongos patógenos. Sin embargo, los resultados obtenidos aquí indican que estos nuevos textiles nanocompuestos también se pueden utilizar para aplicaciones antifúngicas.

El algodón-poliéster nanocompuesto de zinc se lavó a máquina 50 veces según AATCC LP1: el método de lavado en el hogar y las propiedades antibacterianas se evaluaron por separado mediante pruebas de terceros a través de Vartest Laboratories LLC. Se encontró que la reducción bacteriana fue del 0 % tanto para Klebsiella pneumoniae (KP, gramnegativo) como para Staphylococcus aureus (SA, grampositivo), lo que indica que el tejido nanocompuesto no exhibió propiedades antimicrobianas durante el proceso de 0 h (elución inmediata). después de 50 ciclos de lavado (Ver Tabla 2 e información complementaria). Sin embargo, el mismo material exhibió propiedades antimicrobianas incluso después de 50 ciclos de lavado con una reducción bacteriana de más del 99,999 % (5 log10) tanto para Klebsiella pneumoniae como para Staphylococcus aureus después de 24 h de incubación (consulte la Tabla 2 y la información complementaria). Si bien se han realizado algunos estudios en el pasado sobre la aplicación de nanopartículas de óxido de zinc para la fabricación de textiles antimicrobianos, la mayoría de ellos muestran porcentajes de reducción microbiana mucho más bajos que el rango deseado del 99,999 % (5 log10) para muestras lavadas durante 20 ciclos39,40 . Por otro lado, los textiles nanocompuestos de zinc preparados utilizando la novedosa técnica Crescoating podrían conservar sus propiedades antimicrobianas incluso después de ser reutilizados más de 50 veces repetidamente. Las pruebas preliminares en muestras lavadas durante 100 ciclos (ver la siguiente sección) también muestran una actividad antibacteriana prometedora. Por lo tanto, estos tejidos se pueden aplicar con éxito para fabricar textiles antimicrobianos en la industria de la salud.

La tela de algodón nanocompuesto de zinc se lavó 100 veces siguiendo el método AATCC LP1: Home Laundering. Luego, estas muestras se analizaron contra la bacteria Gram-positiva Staphylococcus aureus de acuerdo con el método de prueba 100 de la AATCC. Los resultados de las muestras de elución de 24 h muestran una reducción > 99,999 % (> 5 log10), lo que indica que los tejidos nanocompuestos pueden conservar su comportamiento antimicrobiano incluso después de varios lavados. Esto significa que los nuevos tejidos nanocompuestos tienen una mayor longevidad y durabilidad en comparación con otros textiles antimicrobianos estudiados previamente39,40.

Para determinar si las telas nanocompuestas antimicrobianas eran seguras para usar como ropa, Evalulabs LLC realizó la prueba de parche de insulto repetido en humanos (HRIPT). Las pruebas se realizaron después de obtener el consentimiento informado de 50 sujetos humanos y se llevaron a cabo bajo la supervisión de un dermatólogo autorizado. El protocolo fue aprobado por el Comité de Ética y el Comité de Ética Independiente (IEC) de Evalulab LLC antes de las pruebas para proteger los derechos de los participantes humanos y las pruebas se realizaron de acuerdo con las directrices y regulaciones pertinentes. Los resultados indicaron que las telas no eran irritantes y eran hipoalergénicas para la piel humana. El informe completo de esta prueba está disponible en la información complementaria.

Como precursor se utilizó acetato de zinc dihidrato (Sigma Aldrich, EE. UU.). Los soportes de tejido textil utilizados fueron algodón poliéster, algodón nailon (tejido ripstop de camuflaje de algodón nailon 50/50) (Rockywoods Fabrics LLC), tejido adyacente de seda, 60 g/m2 (ISO 105-F06, Testfabrics Inc.) y tejido adyacente de poliéster sintético. , 130 g/m2 (ISO 105-F04, Testfabrics Inc.). Para la síntesis de textiles nanocompuestos de zinc, se prepararon soluciones de sales de zinc en agua desionizada filtrada con una conductividad de ~ 18 megaohmios cm-1 (SpectraPure, EE. UU.). En un proceso de síntesis típico, las telas se sumergieron en las soluciones durante 30 minutos a temperatura ambiente. A continuación, los tejidos se calentaron a 100 °C en un horno de convección (Modelo FDL 115, BINDER GmbH, Tuttlingen, Alemania) durante 4 h.

Las cepas bacterianas utilizadas para las pruebas fueron Gram-positivas Staphylococcus aureus subsp. aureus (ATCC 6538) y Staphylococcus aureus resistente a meticilina, la gramnegativa Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27,853) y el hongo Candida albicans. Todos los organismos se cultivaron en caldo de soja tríptico (TSB) seguido de diluciones en serie para alcanzar una concentración final de 105 UFC/ml para la inoculación en tejidos. La concentración se confirmó mediante el método de recuento en placas preparado por triplicado. El Staphylococcus aureus subsp. aureus (ATCC 6538) y la gramnegativa Klebsiella pneumoniae (ATCC 4352) se utilizaron para pruebas de terceros.

El rendimiento antimicrobiano se cuantificó utilizando una forma modificada del método de recuento en placa descrito en el Método de prueba 100-2004 de la AATCC. Los materiales probados para determinar su actividad antimicrobiana fueron textiles nanocompuestos de zinc, que incluyen tejidos de seda, nailon, algodón y poliéster (PE). Las pruebas se realizaron sobre muestras que fueron lavadas a máquina una vez después de su fabricación, consideradas como muestras “antes del lavado” y aquellas que fueron sometidas a ciclos de lavado y secado a máquina consideradas como muestras “después del lavado”. Los controles eran tejidos no tratados. Se colocaron una muestra de tela no tratada y una muestra de tela tratada en placas de Petri separadas de 60 mm x 15 mm. Las muestras se cortaron uniformemente a la medida de 4 x 2,5 cm. Luego, los tejidos tratados y no tratados se inocularon con una concentración de 105 UFC/ml de cada cepa microbiana como se preparó previamente. El propósito de esta inoculación es empapar completamente la muestra de tela con el cultivo. Luego las placas de Petri se sellaron con parafilm y se incubaron durante 24 h a 37 °C. Para las pruebas de elución inmediata de 0 h, las muestras se prepararon de manera similar y se transfirieron inmediatamente a tubos que contenían 5 ml de solución salina equilibrada de Hank (tampón HBSS). Luego, el cultivo microbiano se eluyó completamente de las muestras mediante agitación exhaustiva. Después de esto, las muestras se retiraron de la solución tampón HBSS. Las muestras incubadas durante 24 h se eluyeron de manera similar. Se inoculó directamente un tubo de 5 ml de solución de HBSS con el cultivo microbiano y sirvió como control. Todas las muestras eluidas se diluyeron en serie usando HBSS, tres veces para muestras de elución inmediata y cinco veces para muestras de elución de 24 h y se sembraron en agar tríptico de soja (TSA) seguido de una incubación a 37 °C durante 18 a 24 h.

Se contó el número de colonias microbianas después de la incubación y se calculó el porcentaje de reducción como se describió anteriormente.

Para pruebas de lavado adicionales, los textiles de algodón y poliéster nanocompuestos se sometieron a ciclos de lavado según AATCC LP1: método de lavado doméstico en una lavadora (Vortex M6, SDL Atlas) seguido de ciclos de secado en una secadora (Vortex M6D, SDL Atlas). Este método implica un ciclo de lavado de 16 minutos con agua tibia con alta agitación, seguido de un enjuague durante 2 minutos y 30 segundos, centrifugado durante 5 minutos y finalmente ciclos de secado en secadora a alta temperatura. El peso total de la carga de las telas fue de 1,8 ± 0,1 kg y el nivel de agua fue de 72 ± 4 L. Se utilizó detergente líquido estándar de referencia de alta eficiencia de AATCC para todos los pasos de lavado. Las muestras fueron sometidas a 50 y 100 ciclos de lavado para probar su durabilidad y longevidad.

Las pruebas antimicrobianas se realizaron por triplicado para períodos de contacto de 0 h y 24 h. Se calcularon las medias geométricas y las desviaciones estándar y se utilizaron para el análisis estadístico. Se utilizó ANOVA unidireccional para realizar el análisis de varianza y las diferencias significativas en las medias se probaron con una significancia = 0,05.

Se ha aplicado una nueva tecnología de Crescoating como técnica prometedora para sintetizar tejidos nanocompuestos antimicrobianos altamente eficientes. Las pruebas antimicrobianas realizadas en textiles nanocompuestos de zinc contra bacterias y hongos Gram positivos y Gram negativos mostraron una reducción microbiana > 99,999 % (> 5 log10). Las telas también son seguras, muy duraderas y se pueden reutilizar en más de 100 ciclos de lavado/secado sin perder su funcionalidad. Las pruebas dermatológicas de terceros demostraron que los materiales textiles nanocompuestos no son irritantes y son hipoalergénicos para la piel humana. Por lo tanto, estos tejidos se pueden utilizar con éxito como textiles médicos, como ropa de hospital y batas quirúrgicas, que pueden ayudar en la lucha contra las infecciones nosocomiales y la transmisión de enfermedades en el entorno sanitario.

Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a solicitud razonable.

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Los autores agradecen el apoyo financiero del Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del USDA, el proyecto Hatch 1006789 y la beca de posgrado de Schwan Food Company (A. Abbas), el premio de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades n.º 75D30121C10530, el premio para pequeñas empresas del USDA Subvención de Investigación en Innovación n.° 2020-33610-32483 y subvención de Transferencia de Tecnología para Pequeñas Empresas del Departamento de Defensa del Ejército de EE. UU. n.° W911QY-19-P-0180 (Claros Technologies Inc.). El trabajo presentado aquí es objeto de una solicitud de patente internacional nº PCT/US2016/056850 y una solicitud de patente estadounidense nº 63/123,814 “Hojas de nanocompuestos antimicrobianos y antivirales”.

Departamento de Ingeniería de Bioproductos y Biosistemas, Universidad de Minnesota Twin Cities, 2004 Folwell Ave, St. Paul, MN, 55108, EE. UU.

Vinni Thekkudan Novi y Abdennour Abbas

Claros Technologies Inc., 1600 Broadway St NE, Suite 100, Minneapolis, MN, 55413, EE. UU.

Andrew González, John Brockgreitens y Abdennour Abbas

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VTN diseñó y realizó todos los experimentos de pruebas antimicrobianas y escribió el manuscrito. AG y JB prepararon y caracterizaron los textiles nanocompuestos. AA diseñó el plan experimental y supervisó el proyecto.

Correspondencia a Abdennour Abbas.

El textil antimicrobiano descrito en este artículo es comercializado por Claros Technologies bajo la marca ZioShield. El Dr. Abdennour Abbas posee acciones y es el fundador y director de tecnología de Claros Technologies Inc., que tiene una licencia de la Universidad de Minnesota para comercializar la tecnología descrita en este manuscrito. Andrew González posee acciones y es el ingeniero principal de materiales de Claros Technologies. El Dr. John Brockgreitens posee acciones y es el Director de Investigación y Desarrollo de Claros Technologies. La Universidad de Minnesota también tiene participaciones accionarias y de regalías en Claros. Estos intereses han sido revisados ​​y gestionados por la Universidad de Minnesota de acuerdo con sus políticas de conflicto de intereses. Ningún otro autor tiene ningún conflicto de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Novi, VT, González, A., Brockgreitens, J. et al. Textiles nanocompuestos antimicrobianos altamente eficientes y duraderos. Representante científico 12, 17332 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-22370-2

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Recibido: 11 de julio de 2022

Aceptado: 13 de octubre de 2022

Publicado: 15 de octubre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-22370-2

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