Антимикробные свойства мульти

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 21427 (2022) Цитировать эту статью

934 Доступа

1 Цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Сенсорные поверхности с интенсивным движением людей, такие как дверные ручки, столешницы и поручни, могут быть точками передачи распространения болезнетворных микроорганизмов, что подчеркивает необходимость разработки материалов, которые активно самодезинфицируются. Для изготовления этих поверхностей часто используются металлы из-за их долговечности, но многие металлы также обладают антимикробными свойствами, которые действуют посредством различных механизмов. В этой работе исследуются металлические сплавы, состоящие из нескольких металлов, которые по отдельности обладают антимикробными свойствами, с целью достижения быстрой санитарии широкого спектра действия за счет синергетической активности. Предлагается парадигма энтропийной стабилизации для получения масштабируемых сплавов меди, серебра, никеля и кобальта. Методом комбинаторного распыления были изготовлены тонкопленочные сплавы на пластинах диаметром 100 мм с градацией состава каждого элемента по пластине ≈50%. Затем пленки отжигали и исследовали стабильность сплава. Тестирование антимикробной активности проводилось как на выращенных сплавах, так и на отожженных пленках с использованием четырех микроорганизмов — Phi6, MS2, Bacillus subtilis и Escherichia coli — в качестве заменителей вирусных и бактериальных патогенов человека. Тестирование показало, что после 30 с контакта с некоторыми из тестируемых сплавов Phi6, бактериофаг с одноцепочечной РНК с оболочкой, который служит суррогатом SARS-CoV-2, снизился до 6,9 порядков (> 99,9999%). Кроме того, бактериофаг MS2 без оболочки с двухцепочечной ДНК, а также грамотрицательные бактериальные штаммы E. coli и грамположительные B. subtilis показали логарифмическое снижение активности на 5,0, 6,4 и 5,7 через 30, 20 и 10 минут. , соответственно. Антимикробная активность в образцах сплавов сильно зависела от состава, причем логарифм снижения напрямую зависит от содержания меди. Концентрирование Cu путем разделения фаз после отжига улучшило активность некоторых образцов. Результаты мотивируют множество тем, которые можно использовать для разработки идеальных противомикробных поверхностей.

Сенсорные поверхности в местах с интенсивным движением транспорта1,2,3 могут стать переносчиками распространения заболеваний посредством непрямого контакта между инфицированными и уязвимыми людьми4,5, что делает критически важным разработку самодезинфицирующих материалов, эффективных против широкого спектра патогенов. Предыдущие работы показали, что микроорганизмы могут оставаться живыми или активными на поверхностях от часов до дней6,7,8,9,10, включая многие патогены человека, такие как чувствительный к метициллину золотистый стафилококк (MSSA) и резистентный золотистый стафилококк (MRSA)11, риновирус12, Вирус гриппа А13, ротовирус14 и коронирусные вирусы, такие как коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2)7,15, вызвавший глобальную пандемию 2020–2022 годов16,17. Такое длительное время жизни частично определяет возможность распространения патогенов при последующем контакте с поверхностью18. Поверхности с интенсивным движением часто изготавливаются из металлов, причем нержавеющая сталь (SS) является распространенным выбором из-за ее относительно низкой стоимости, долговечности и устойчивости к коррозии; Сообщалось, что СС обладает умеренными антимикробными свойствами19. Иногда для сенсорных поверхностей используется латунь (CuZn), сплав меди и цинка, из-за ее приятного золотистого оттенка, однако это гораздо более мягкий металл, более дорогой (в три раза дороже нержавеющей стали на момент написания) и легко окисляется; зеленое или черное окисление имеет тенденцию отслаиваться с поверхности, поэтому латунные поверхности требуют регулярной чистки. Латунь обладает антимикробной активностью20,21. Что касается распространения заболеваний, многие из металлов, которые проявляют противомикробную активность22,23,24,25,26,27,28,29,30, такие как медь (Cu), серебро (Ag) и кобальт (Co), не являются широко используются из-за их стоимости и склонности к окислению. Каждый из этих металлов обладает антимикробной активностью по разным механизмам против различных патогенов18. Синергетически используя эти механизмы, сплав этих элементов в твердом растворе может быть активен против ряда патогенов, превышающих сумму его частей, в результате чего получается антимикробный суперсплав.

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-d64682919e648"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>