Una superficie antimicrobiana está recubierta por un agente antimicrobiano que inhibe la capacidad de los microorganismos para crecer [1] en la superficie de un material. Estas superficies se están investigando cada vez más para su posible uso en diversos entornos, incluidas las clínicas, la industria e incluso el hogar. El uso más común e importante de los recubrimientos antimicrobianos ha sido en el ámbito sanitario para la esterilización de dispositivos médicos para prevenir infecciones asociadas a los hospitales, que han sido responsables de casi 100.000 muertes en los Estados Unidos. [2] Además de los dispositivos médicos, la ropa de cama y la ropa pueden proporcionar un entorno adecuado para que crezcan muchas bacterias , hongos y virus cuando entran en contacto con el cuerpo humano, lo que permite la transmisión de enfermedades infecciosas. [3]
Las superficies antimicrobianas se funcionalizan mediante distintos procesos. Se puede aplicar un revestimiento a una superficie que tenga un compuesto químico tóxico para los microorganismos. Como alternativa, es posible funcionalizar una superficie mediante la adsorción de un polímero o polipéptido y/o modificando su micro y nanoestructura. [4]
Una innovación en superficies antimicrobianas es el descubrimiento de que el cobre y sus aleaciones ( latones , bronces , cuproníquel , cobre-níquel-zinc y otros) son materiales antimicrobianos naturales que tienen propiedades intrínsecas para destruir una amplia gama de microorganismos . Se han publicado numerosos estudios de eficacia antimicrobiana revisados por pares sobre la eficacia del cobre para destruir E. coli O157:H7, Staphylococcus aureus resistente a la meticilina ( MRSA ), Staphylococcus , Clostridium difficile , virus de la influenza A , adenovirus y hongos . [5]
Además de en el sector sanitario, las superficies antimicrobianas se han utilizado por su capacidad para mantener las superficies limpias. Tanto la naturaleza física de la superficie como su composición química se pueden manipular para crear un entorno en el que los microorganismos no puedan vivir por diversas razones. Los materiales fotocatalíticos se han utilizado por su capacidad para matar muchos microorganismos y, por lo tanto, se pueden utilizar para superficies autolimpiantes, así como para la limpieza del aire, la purificación del agua y la actividad antitumoral. [6]
Se ha demostrado que los iones de plata reaccionan con el grupo tiol en las enzimas y las inactivan, lo que conduce a la muerte celular. [7] Estos iones pueden inhibir enzimas oxidativas como la alcohol deshidrogenasa de levadura. [8] También se ha demostrado que los iones de plata interactúan con el ADN para mejorar la dimerización de pirimidina por la reacción fotodinámica y posiblemente prevenir la replicación del ADN. [9]
El uso de plata como antimicrobiano está bien documentado.
Los mecanismos antimicrobianos del cobre se han estudiado durante décadas y aún se encuentran en investigación. Un resumen de los mecanismos potenciales está disponible aquí: Propiedades antimicrobianas del cobre#Mecanismos de acción antibacteriana del cobre . Los investigadores actuales creen que los mecanismos más importantes incluyen los siguientes:
Los organosilanos crean una red de moléculas cargadas eléctricamente en la superficie, que rompen la pared celular al entrar en contacto. Esto se debe a su estructura, que consta de un elemento hidrófobo y un elemento catiónico. Si bien el elemento hidrófobo puede impedir la adherencia en primer lugar, también puede intercalarse con la pared celular, cuya ruptura se ve facilitada por el componente catiónico. [10]
Se descubrió que la tasa de crecimiento de E. coli y S. aureus era independiente de las concentraciones de nutrientes en superficies no antimicrobianas. [11] También se observó que los agentes antimicrobianos como Novaron AG 300 (fosfato de plata, sodio, hidrógeno y circonio) no inhiben la tasa de crecimiento de E. coli o S. aureus cuando las concentraciones de nutrientes son altas, pero sí lo hacen cuando disminuyen. Este resultado conduce al posible mecanismo antimicrobiano de limitar la absorción de nutrientes por parte de las células o la eficiencia de uso de los mismos. [11]
Se ha descubierto que el compuesto de amonio cuaternario cloruro de dimetiloctadecil (3-trimetoxisilil propil) amonio (Si-QAC) tiene actividad antimicrobiana cuando se une covalentemente a una superficie. [12] Se sabe que muchos otros compuestos de amonio cuaternario tienen propiedades antimicrobianas (por ejemplo, cloruro de alquildimetilbencilamonio y cloruro de didecildimetilamonio). Estos dos últimos son compuestos activos en la membrana; contra S. aureus, el primero forma una cobertura monocapa única de las células de S. aureus en la membrana externa, mientras que el segundo forma una monocapa doble. [13] Esto conduce a la fuga celular y la liberación total de los depósitos intracelulares de potasio y de absorción a 260 nm en este orden. [13]
Por definición, "antimicrobiano" se refiere a algo que es perjudicial para un microbio. Debido a que la definición de un microbio (o microorganismo ) es muy general, algo que es "antimicrobiano" podría tener un efecto perjudicial contra una variedad de organismos, desde los beneficiosos hasta los dañinos, y podría incluir células de mamíferos y tipos de células típicamente asociados con enfermedades, como bacterias, virus, protozoos y hongos.
La selectividad se refiere a la capacidad de combatir un determinado tipo o clase de organismo. Según la aplicación, la capacidad de combatir selectivamente ciertos microorganismos y tener poco efecto perjudicial contra otros determina la utilidad de una superficie antimicrobiana en particular en un contexto determinado.
Una de las principales formas de combatir el crecimiento de células bacterianas en una superficie es evitar la adhesión inicial de las células a esa superficie. Algunos recubrimientos que logran esto incluyen recubrimientos de hidroxiapatita con clorhexidina incorporada, recubrimientos de polilactida que contienen clorhexidina sobre una superficie anodizada y recubrimientos de polímero y fosfato de calcio con clorhexidina. [14]
Los recubrimientos antibióticos proporcionan otra forma de prevenir el crecimiento de bacterias. La gentamicina es un antibiótico que tiene un espectro antibacteriano relativamente amplio. Además, la gentamicina es uno de los pocos tipos de antibióticos termoestables y, por lo tanto, es uno de los antibióticos más utilizados para recubrir implantes de titanio. [14] Otros antibióticos con amplios espectros antibacterianos son la cefalotina , la carbenicilina , la amoxicilina , la cefamandola , la tobramicina y la vancomicina . [14]
Las superficies de cobre y sus aleaciones son un medio eficaz para prevenir el crecimiento de bacterias. Las pruebas exhaustivas de eficacia antimicrobiana supervisadas por la EPA de EE. UU. sobre Staphylococcus aureus , Enterobacter aerogenes , Staphylococcus aureus resistente a la meticilina ( MRSA ), Escherichia coli 0157:H7 y Pseudomonas aeruginosa han determinado que, cuando se limpian con regularidad, unas 355 superficies de aleación de cobre antimicrobianas diferentes registradas por la EPA :
Consulte: Superficies de contacto de cobre antimicrobianas para el artículo principal.
Los virus de la gripe se transmiten principalmente de persona a persona a través de gotitas suspendidas en el aire que se producen al toser o estornudar. Sin embargo, los virus también pueden transmitirse cuando una persona toca gotitas respiratorias depositadas en un objeto o superficie. [15] Es durante esta etapa que una superficie antiviral podría desempeñar el papel más importante en la reducción de la propagación de un virus. Los portaobjetos de vidrio pintados con el policatión hidrófobo de cadena larga N,N-dodecil,metil- polietilenimina (N,N-dodecil,metil-PEI) son altamente letales para los virus de la gripe A transmitidos por el agua, incluidas no solo las cepas humanas y aviares de tipo salvaje, sino también sus mutantes de neuraminidasa resistentes a los medicamentos antigripales. [16]
Se han investigado las superficies de aleación de cobre por su eficacia antiviral. Después de una incubación de una hora en cobre, las partículas activas del virus de la influenza A se redujeron en un 75 %. Después de seis horas, las partículas se redujeron en cobre en un 99,999 %. [17] [18] Además, el 75 % de las partículas de adenovirus se inactivaron en cobre (C11000) en una hora. En seis horas, el 99,999 % de las partículas de adenovirus se inactivaron. [19]
Se ha demostrado que un péptido antimicótico derivado de la cromogranina A (CGA 47–66, cromofungina) cuando se incorpora a una superficie tiene actividad antimicótica al interactuar con la membrana fúngica y, por lo tanto, penetrar en la célula. [20] Además, estudios in vitro han demostrado que dicho recubrimiento antimicótico es capaz de inhibir el crecimiento de la levadura Candida albicans en un 65% y detener por completo la proliferación del hongo filamentoso Neurospora crassa. [20]
Las superficies de cobre y aleaciones de cobre han demostrado una muerte de esporas de hongos como Aspergillus spp., Fusarium spp., Penicillium chrysogenum , Aspergillus niger y Candida albicans . [21] Por lo tanto, el potencial para ayudar a prevenir la propagación de hongos que causan infecciones humanas mediante el uso de aleaciones de cobre (en lugar de metales no antimicóticos) en sistemas de aire acondicionado merece una mayor investigación.
La topología física de una superficie determinará el entorno viable para las bacterias y puede afectar la capacidad de un microbio de adherirse a su superficie. Las superficies textiles tienden a ser muy fáciles de adherir para los microbios debido a la abundancia de espacio intersticial entre las fibras.
El modelo de Wenzel se desarrolló para calcular la dependencia que tiene la rugosidad de la superficie del ángulo de contacto observado. Las superficies que no son atómicamente lisas exhibirán un ángulo de contacto observado que varía del ángulo de contacto real de la superficie. La ecuación se expresa como:
donde R es la relación entre el área real de la superficie y el área observada de una superficie y θ es el ángulo de contacto de Young definido para una superficie ideal. [22] Véase Humectación . Con base en la modificación física de la superficie, se puede diseñar una superficie antiviral decorando micropilares en la superficie. [23]
La actividad antimicrobiana se puede impartir sobre una superficie a través del injerto de polímeros funcionalizados, por ejemplo aquellos terminados con grupos funcionales de amina cuaternaria, a través de uno de dos métodos principales. Con estos métodos, "injerto a" e "injerto desde", los polímeros se pueden unir químicamente a una superficie sólida y, por lo tanto, se pueden controlar las propiedades de la superficie (es decir, la actividad antimicrobiana). [22] Se ha demostrado que los polímeros que contienen iones de amonio cuaternario (PQA) matan eficazmente células y esporas a través de sus interacciones con las membranas celulares. [24] Una gran cantidad de monómeros nitrogenados se pueden cuaternizar para que sean biológicamente activos. Estos monómeros, por ejemplo, el metacrilato de 2-dimetilaminoetilo (DMAEMA) o la 4-vinilpiridina (4-VP) se pueden polimerizar posteriormente con ATRP. [24] Por lo tanto, las superficies antimicrobianas se pueden preparar a través de mecanismos de "injerto a" o "injerto desde".
El injerto implica la fuerte adsorción o unión química de una molécula de polímero a una superficie desde una solución. Este proceso se logra típicamente a través de un agente de acoplamiento que une un asa en la superficie a un grupo reactivo en cualquiera de los extremos de la cadena. Aunque simple, este enfoque sufre la desventaja de una densidad de injerto relativamente baja como resultado del impedimento estérico de las espirales de polímero ya unidas. Después del acoplamiento, como en todos los casos, los polímeros intentan maximizar su entropía típicamente asumiendo una conformación de cepillo o de hongo. Por lo tanto, los sitios de unión potenciales se vuelven inaccesibles debajo de este "dominio de hongo". [22]
Los polímeros pre-sintetizados, como el copolímero de bloque PDMEAMA/PTMSPMA, se pueden inmovilizar en una superficie (es decir, vidrio) simplemente sumergiendo la superficie en una solución acuosa que contenga el polímero. [24] Para un proceso como este, la densidad de injerto depende de la concentración y el peso molecular del polímero, así como de la cantidad de tiempo que la superficie estuvo sumergida en la solución. [24] Como se esperaba, existe una relación inversa entre la densidad de injerto y el peso molecular. [24] Como la actividad antimicrobiana depende de la concentración de amonio cuaternario unido a la superficie, la densidad de injerto y el peso molecular representan factores opuestos que se pueden manipular para lograr una alta eficacia.
Esta limitación se puede superar mediante la polimerización directa sobre la superficie. Este proceso se conoce como injerto desde, o polimerización iniciada en la superficie (SIP). Como sugiere el nombre, las moléculas iniciadoras deben estar inmovilizadas sobre la superficie sólida. Al igual que otros métodos de polimerización, la SIP se puede adaptar para seguir mecanismos radicales, aniónicos o catiónicos y se puede controlar utilizando polimerización por transferencia de adición reversible (RAFT), polimerización radical por transferencia de átomos (ATRP) o técnicas mediadas por nitróxido. [22]
Una polimerización controlada permite la formación de estructuras poliméricas de conformación estirada que maximizan la densidad de injerto y, por lo tanto, la eficiencia biocida. [24] Este proceso también permite un injerto de alta densidad de polímero de alto peso molecular que mejora aún más la eficacia. [24]
Una superficie superhidrofóbica es una superficie generalmente rugosa de baja energía sobre la cual el agua tiene un ángulo de contacto de >150°. Los materiales no polares como los hidrocarburos tradicionalmente tienen energías superficiales relativamente bajas, sin embargo, esta propiedad por sí sola no es suficiente para lograr la superhidrofobicidad. Las superficies superhidrofóbicas se pueden crear de varias maneras, sin embargo, la mayoría de las estrategias de síntesis están inspiradas en diseños naturales. El modelo de Cassie-Baxter proporciona una explicación para la superhidrofobicidad: el aire atrapado en microsurcos de una superficie rugosa crea una superficie "compuesta" que consiste en aire y las partes superiores de microprotrusiones. [25] Esta estructura se mantiene a medida que disminuye la escala de las características, por lo que muchos enfoques para la síntesis de superficies superhidrofóbicas se han centrado en la contribución fractal. [25] La solidificación de cera, la litografía, la deposición de vapor, los métodos de plantilla, la reconfirmación de polímeros, la sublimación, el plasma, el electrohilado, el procesamiento sol-gel, los métodos electroquímicos, la síntesis hidrotermal, la deposición capa por capa y las reacciones en un solo recipiente son enfoques para la creación de superficies superhidrofóbicas que se han sugerido. [25]
La superhidrofobicidad de una superficie es un método eficaz para conferirle actividad antimicrobiana. El efecto antibacteriano pasivo es el resultado de la escasa capacidad de los microbios para adherirse a la superficie. El sector de los textiles superhidrofobicos aprovecha esta ventaja y podría tener aplicaciones potenciales como revestimientos antimicrobianos.
Los fluorocarbonos y, en especial, los perfluorocarbonos son excelentes materiales de sustrato para la creación de superficies superhidrofóbicas debido a su energía superficial extremadamente baja. Este tipo de materiales se sintetizan mediante la sustitución de átomos de hidrógeno por átomos de flúor de un hidrocarburo.
Las nanopartículas se utilizan para diversas aplicaciones antimicrobianas debido a su extraordinario comportamiento. Se están realizando más estudios sobre la capacidad de los nanomateriales para ser utilizados en recubrimientos antimicrobianos debido a su naturaleza altamente reactiva. [3]
Existen muchas características físicas que favorecen la actividad antimicrobiana. Sin embargo, la mayoría de los iones metálicos tienen la capacidad de crear radicales de oxígeno, formando así oxígeno molecular que es altamente tóxico para las bacterias. [3]
Los recubrimientos fotocatalíticos son aquellos que incluyen componentes (aditivos) que catalizan reacciones, generalmente a través de un mecanismo de radicales libres, cuando son excitados por la luz. La actividad fotocatalítica (PCA) de un material proporciona una medida de su potencial reactivo, basada en la capacidad del material para crear un par de electrones y huecos cuando se expone a la luz ultravioleta. [26] Los radicales libres formados pueden oxidar y, por lo tanto, descomponer los materiales orgánicos, como los aglutinantes de látex que se encuentran en los recubrimientos a base de agua. Los sistemas de recubrimientos antimicrobianos aprovechan esto al incluir compuestos fotocatalíticamente activos en sus formulaciones (es decir, dióxido de titanio) que hacen que el recubrimiento se "descascare" con el tiempo. [26] Estas escamas arrastran los microbios junto con ellas, dejando un recubrimiento "limpio". A menudo, se describe que los sistemas como este son autolimpiantes.
En lugar de dopar una superficie directamente, se puede impartir actividad antimicrobiana a una superficie mediante la aplicación de un recubrimiento que contenga agentes antimicrobianos como biocidas o nanopartículas de plata . En el caso de estos últimos, las nanopartículas pueden tener efectos beneficiosos sobre las propiedades estructurales del recubrimiento junto con su efecto antibacteriano. [27]
Los péptidos antimicrobianos (AMP) han ganado mucha atención porque son mucho menos susceptibles al desarrollo de resistencia microbiana. [2] Otros antibióticos pueden ser susceptibles a la resistencia bacteriana, como el Staphylococcus aureus multirresistente (MRSA), que se conoce como una reliquia común en la industria de la salud, mientras que otras cepas bacterianas se han convertido en una preocupación mayor para el tratamiento de aguas residuales en ríos o bahías locales. [28] Los AMP se pueden funcionalizar sobre una superficie mediante unión química o física. Los AMP se pueden unir físicamente utilizando capas poliméricas de carga opuesta y colocando el polipéptido entre ellas. Esto se puede repetir para lograr múltiples capas de AMP para la actividad antibacteriana recurrente. [28] Sin embargo, este mecanismo tiene algunas desventajas. El grosor del ensamblaje y las interacciones polímero-péptido pueden afectar la difusión del péptido al contacto bacteriano. [28] Se deben realizar más investigaciones para determinar la eficacia de la técnica de adsorción. Sin embargo, la unión química de los AMP también se estudia ampliamente.
Los AMP se pueden unir de forma covalente a una superficie, lo que minimiza el "efecto de lixiviación" de los péptidos. El péptido se une normalmente mediante una reacción química muy exergónica, formando así una superficie antimicrobiana muy estable. La superficie se puede funcionalizar primero con una resina polimérica como el polietilenglicol (PEG). [28] Las investigaciones recientes se han centrado en la producción de polímeros sintéticos y nanomateriales con mecanismos de acción similares a los de los péptidos antimicrobianos endógenos. [29] [30]
Las superficies táctiles antimicrobianas incluyen todos los diversos tipos de superficies (como pomos de puertas , barandillas , bandejas, etc.) que las personas suelen tocar en el trabajo o en la vida cotidiana, especialmente (por ejemplo) en hospitales y clínicas .
Las superficies de contacto de aleación de cobre antimicrobianas son superficies que están hechas de cobre metálico o aleaciones de cobre, como latón y bronce . El cobre y las aleaciones de cobre tienen una capacidad natural para matar microbios dañinos con relativa rapidez, a menudo en dos horas o menos (es decir, las superficies de aleación de cobre son antimicrobianas ). Gran parte del trabajo de eficacia antimicrobiana relacionado con el cobre se ha realizado o se está realizando actualmente en la Universidad de Southampton y la Universidad de Northumbria (Reino Unido), la Universidad de Stellenbosch (Sudáfrica), la Universidad de Panjab (India), la Universidad de Chile (Chile), la Universidad de Kitasato (Japón), la Universidad de Coimbra (Portugal) y la Universidad de Nebraska y la Universidad Estatal de Arizona (EE. UU.). Se están realizando ensayos clínicos que evalúan la eficacia de las aleaciones de cobre para reducir la incidencia de infecciones nosocomiales en hospitales del Reino Unido, Chile, Japón, Sudáfrica y EE. UU.
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) aprobó el registro de 355 aleaciones de cobre diferentes como “ materiales antimicrobianos ” con beneficios para la salud pública. [31]
El diseño de superficies antimicrobianas eficaces exige una comprensión profunda de los mecanismos iniciales de adhesión de los microbios a la superficie. [32] La microscopía electrónica de barrido (MEB) se utiliza para muestras no vivas. El recuento de unidades formadoras de colonias (UFC) bacterianas requiere una incubación durante la noche y detecta bacterias que crecen fácilmente en medios sólidos. La simulación de dinámica molecular (MD) se puede utilizar para minimizar la cantidad de experimentos con sustratos diseñados, con la cuantificación de imágenes de microscopía de fluorescencia de lapso de tiempo que se pueden procesar en una hora. [33] Las mediciones del ángulo de contacto se pueden utilizar para caracterizar el uso de micro/nanopilares para romper las paredes celulares. El análisis del potencial zeta mediante el método de potencial de transmisión de un recubrimiento antimicrobiano [34] o un material autodesinfectante [35] en contacto con un entorno acuoso, o mediante dispersión de luz electroforética de dispersiones de nanopartículas de aditivos antibacterianos [36] revela información sobre la carga superficial e interfacial y permite predecir la atracción o repulsión electrostática de los microorganismos.
La quitina natural y ciertos péptidos han sido reconocidos en el pasado por sus propiedades antimicrobianas. Hoy en día, estos materiales se diseñan en nanopartículas para producir aplicaciones de desinfección de bajo costo. Los péptidos naturales forman canales a escala nanométrica en las membranas celulares bacterianas, lo que provoca un colapso osmótico. [37] Estos péptidos ahora se sintetizan para adaptar las nanoestructuras antimicrobianas con respecto al tamaño, la morfología, los recubrimientos, la derivatización y otras propiedades que permiten que se utilicen para propiedades antimicrobianas específicas según se desee. El quitosano es un polímero obtenido de la quitina en las conchas de los artrópodos y se ha utilizado por sus propiedades antibacterianas durante un tiempo, pero aún más desde que el polímero se ha convertido en nanopartículas. El quitosano demuestra ser eficaz contra bacterias, virus y hongos, sin embargo, es más eficaz contra hongos y virus que contra bacterias. Las nanopartículas de quitosano cargadas positivamente interactúan con la membrana celular cargada negativamente, lo que provoca un aumento en la permeabilidad de la membrana y, finalmente, los componentes intracelulares se filtran y se rompen. [37]
También se sabe que los compuestos de plata y los iones de plata muestran propiedades antimicrobianas y se han utilizado en una amplia gama de aplicaciones, incluido el tratamiento del agua. Se ha demostrado que los iones de plata impiden la replicación del ADN y afectan la estructura y la permeabilidad de la membrana celular. La plata también conduce a la inactivación de bacterias y virus por rayos UV porque los iones de plata son fotoactivos en presencia de irradiación UV-A y UV-C. La cisteína y los iones de plata forman un complejo que conduce a la inactivación del fago Haemophilus influenzae y del bacteriófago MS2 . [37]
Incluso con todas las precauciones tomadas por los profesionales médicos, se informa que la infección ocurre en hasta el 13,9% de los pacientes después de la estabilización de una fractura abierta, y en aproximadamente el 0,5-2% de los pacientes que reciben prótesis articulares. [38] Para reducir estos números, las superficies de los dispositivos utilizados en estos procedimientos se han alterado con la esperanza de prevenir el crecimiento de las bacterias que conducen a estas infecciones. Esto se ha logrado recubriendo los dispositivos de titanio con una combinación antiséptica de clorhexidina y cloroxilenol. Esta combinación antiséptica previene con éxito el crecimiento de los cinco organismos principales que causan infecciones médicas relacionadas, que incluyen Staphylococcus epidermidis , Staphylococcus aureus resistente a la meticilina , Pseudomonas aeruginosa , Escherichia coli y Candida albicans . [38] También se demostró que el recubrimiento de gel basado en péptidos con actividad antibacteriana intrínseca contra Staphylococcus aureus resistente a la meticilina inhibe la colonización de implantes de titanio en ratones. [39]
Los pigmentos fotoactivos como TiO2 y ZnO se han utilizado en sustratos de vidrio, cerámica y acero con fines autolimpiantes y antimicrobianos. Para la actividad bactericida fotocatalítica en aplicaciones de tratamiento de agua, se han utilizado materiales de sustrato granulares en forma de arenas que soportan recubrimientos mixtos de anatasa / rutilo TiO2 . [40] Los fotocatalizadores semiconductores de óxido como TiO2 reaccionan con la irradiación incidente que excede la banda prohibida electrónica del material, lo que resulta en la formación de pares electrón-hueco (excitones) y la generación secundaria de especies radicales a través de la reacción con adsorbatos en la superficie del fotocatalizador, lo que produce un efecto oxidativo o reductor que degrada los organismos vivos. [ 41] [42] La titania se ha utilizado con éxito como recubrimiento antimicrobiano en azulejos de baño, losas de pavimento, desodorantes, ventanas autolimpiantes y muchos más.
Las superficies de aleación de cobre tienen propiedades intrínsecas para destruir una amplia gama de microorganismos .
La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA), que supervisa la regulación de los agentes y materiales antimicrobianos en ese país, descubrió que las aleaciones de cobre matan más del 99,9% de las bacterias que causan enfermedades en solo dos horas cuando se limpian con regularidad. [31] El cobre y las aleaciones de cobre son clases únicas de materiales sólidos, ya que ninguna otra superficie de contacto sólida tiene permiso en los EE. UU. para hacer declaraciones sobre la salud humana (anteriormente, los registros de salud pública de la EPA estaban restringidos solo a productos líquidos y gaseosos). La EPA ha otorgado el estado de registro antimicrobiano a 355 composiciones diferentes de aleaciones de cobre. [31] En aplicaciones de atención médica, los productos de cobre antimicrobianos aprobados por la EPA incluyen barandillas de cama, pasamanos , mesas de noche, lavabos , grifos , pomos de puertas , herrajes para inodoros , postes intravenosos, teclados de computadora , etc. En aplicaciones de instalaciones públicas, los productos de cobre antimicrobianos aprobados por la EPA incluyen equipos de clubes de salud , equipos de ascensores , manijas de carritos de compras , etc. En aplicaciones de edificios residenciales, los productos de cobre antimicrobianos aprobados por la EPA incluyen superficies de cocina , barandillas de cama, estribos , placas de empuje de puertas, toalleros, herrajes para inodoros, azulejos de pared, etc. En instalaciones de transporte público, los productos de cobre antimicrobianos aprobados por la EPA incluyen pasamanos , barandillas de escaleras , barras de apoyo , sillas , bancos , etc. Una lista completa de productos de superficie de aleación de cobre a los que la EPA les ha otorgado el estado de registro antimicrobiano con declaraciones de salud pública se puede encontrar aquí: Superficies de contacto de aleación de cobre antimicrobianas#Productos aprobados .
Actualmente se están realizando ensayos clínicos en cepas microbianas exclusivas de centros de salud individuales en todo el mundo para evaluar en qué medida las aleaciones de cobre pueden reducir la incidencia de infecciones en entornos hospitalarios. Los primeros resultados revelados en 2011 de estudios clínicos financiados por el Departamento de Defensa de los EE. UU. que se están llevando a cabo en unidades de cuidados intensivos (UCI) en el Memorial Sloan-Kettering Cancer Center en la ciudad de Nueva York, la Universidad Médica de Carolina del Sur y el Ralph H. Johnson VA Medical Center en Charleston , Carolina del Sur , indican que las habitaciones donde se reemplazaron las superficies de contacto comunes con cobre demostraron una reducción del 97% en patógenos de superficie en comparación con las habitaciones sin cobre y que los pacientes en las habitaciones de UCI con cobre tenían un riesgo 40,4% menor de contraer una infección adquirida en el hospital en comparación con los pacientes en habitaciones de UCI sin cobre. [43] [44] [45]
La bioincrustación marina se describe como la acumulación indeseable de microorganismos, plantas y animales en superficies artificiales sumergidas en agua. [46] La acumulación significativa de bioincrustaciones en embarcaciones marinas puede ser problemática. Tradicionalmente, se utilizan biocidas , una sustancia química o microorganismo que puede controlar el crecimiento de organismos nocivos por medios químicos o biológicos, para prevenir la bioincrustación marina. Los biocidas pueden ser sintéticos, como el tributilestaño (TBT), o naturales, que se derivan de bacterias o plantas. [46] Históricamente, el TBT fue el principal biocida utilizado para los recubrimientos antiincrustantes, pero más recientemente los compuestos de TBT se han considerado productos químicos tóxicos que tienen efectos negativos en los seres humanos y el medio ambiente, y han sido prohibidos por la Organización Marítima Internacional. [47] El diseño inicial de los recubrimientos antiincrustantes consistía en los ingredientes activos (por ejemplo, TBT) dispersos en el recubrimiento en el que se "filtraban" en el agua de mar, matando cualquier microbio u otra vida marina que se hubiera adherido al barco. Sin embargo, la tasa de liberación del biocida tendía a ser descontrolada y a menudo rápida, lo que hacía que el recubrimiento fuera efectivo solo durante 18 a 24 meses antes de que todo el biocida se filtrara del recubrimiento. [47]
Este problema, sin embargo, se resolvió con el uso de las llamadas pinturas autopulimentantes, en las que el biocida se liberaba a un ritmo más lento a medida que el agua de mar reaccionaba con la capa superficial de la pintura. [47] Más recientemente, se han utilizado pinturas antiincrustantes a base de cobre porque son menos tóxicas que el TBT en el entorno acuático, pero solo son efectivas contra la vida animal marina y no tanto contra el crecimiento de malezas. Los revestimientos antiadherentes no contienen biocida, pero tienen superficies extremadamente resbaladizas que evitan la mayor parte de las incrustaciones y facilitan la limpieza de las pocas incrustaciones que se producen. Los biocidas naturales se encuentran en organismos marinos como los corales y las esponjas y también previenen las incrustaciones si se aplican a un barco. Crear una diferencia en la carga eléctrica entre el casco y el agua de mar es una práctica común en la prevención de las incrustaciones. Esta tecnología ha demostrado ser eficaz, pero se daña fácilmente y puede ser costosa. Finalmente, se pueden agregar espinas microscópicas a un revestimiento y, según la longitud y la distribución, han demostrado la capacidad de prevenir la adhesión de la mayor parte de las incrustaciones biológicas. [47]
