I sistemi a film sottile di rame e argento su scala nanometrica mostrano differenze nelle proprietà antivirali e antibatteriche

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 7193 (2022) Citare questo articolo

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L’attuale pandemia di coronavirus 19 (COVID-19) ha esemplificato la necessità di strategie di prevenzione semplici ed efficienti che possano essere rapidamente implementate per mitigare i rischi di infezione. Varie superfici hanno una lunga storia di proprietà antimicrobiche e sono ben descritte per la prevenzione delle infezioni batteriche. Tuttavia, il loro effetto su molti virus non è stato studiato in modo approfondito. Nel contesto del COVID-19, diverse superfici, compresi i rivestimenti in rame (Cu) e argento (Ag), sono state descritte come misure antivirali efficienti che possono essere facilmente implementate per rallentare la trasmissione virale. In questo studio, abbiamo rilevato proprietà antivirali contro la sindrome respiratoria acuta grave coronavirus-2 (SARS-CoV-2) su superfici rivestite con Cu mediante sputtering di magnetron come film sottili di Cu o come nanopatch bimetallici ultrasottili di Cu/Ag. Tuttavia, non è stato osservato alcun effetto dell’Ag sui titoli virali, in netto contrasto con le sue ben note proprietà antibatteriche. Un ulteriore miglioramento della cinetica di rilascio degli ioni Ag basato su un meccanismo di anodo sacrificale elettrochimico non ha aumentato l'attività antivirale. Questi risultati dimostrano chiaramente che i sistemi a film sottile di Cu e Ag mostrano differenze significative nelle proprietà antivirali e antibatteriche che devono essere prese in considerazione al momento dell’implementazione.

Cu e Ag sono conosciuti da secoli come agenti antimicrobici, tuttavia negli ultimi anni questi metalli hanno conosciuto una rinascita in campo medico a causa della crescente comparsa di microrganismi resistenti agli antibiotici. Oltre alle applicazioni di questi metalli in numerosi prodotti di consumo, vengono utilizzati in vari biomateriali o ambienti sanitari per prevenire la colonizzazione batterica di impianti e dispositivi o per supportare le procedure igieniche ospedaliere per ridurre le infezioni contratte in ospedale. In particolare, la diffusione pandemica della sindrome respiratoria acuta grave da coronavirus-2 (SARS-CoV-2), che causa la malattia da coronavirus 19 (COVID-19), ha esemplificato la necessità di strategie efficaci di intervento sanitario pubblico che contribuiscano a controllare la trasmissione del virus. Tuttavia, lo sviluppo di superfici antivirali in grado di inattivare le particelle virali aderenti e quindi ostacolare la trasmissione del virus da superfici contaminate è impegnativo a causa delle diverse proprietà intrinseche dei microbi rispetto ai virus.

Entrambi, Cu e Ag, esercitano ampie attività antimicrobiche (batteri, funghi e virus) e mostrano una bassa incidenza nell'indurre resistenza microbica poiché entrambi attaccano un'ampia gamma di bersagli nei microrganismi1,2,3. L'attività antibatterica di Ag è fortemente correlata a il rilascio di ioni Ag (Ag+) che si formano per dissoluzione ossidativa, mentre al contrario l'Ag zero-valente (Ag0) non esercita un'attività antibatterica paragonabile2,4,5,6. Gli ioni Ag+ interagiscono con una varietà di biomolecole all'interno di una cellula come componenti della membrana cellulare e della parete cellulare, ligandi tiolici, ad esempio gruppi sulfidrilici di enzimi metabolici o acidi nucleici e altri. Inoltre, le specie reattive dell'ossigeno (ROS) vengono generate a causa degli ioni Ag+ che portano a effetti dannosi di stress ossidativo2,7,8. In generale le conseguenze sono danni alle biomolecole e conseguenti disfunzioni cellulari che infine inibiscono la proliferazione batterica fino ad avere effetti battericidi. L'efficienza antibatterica dell'Ag può essere migliorata mediante un aumento dell'area superficiale di rilascio dell'Ag+ utilizzando, ad esempio, nanoparticelle di Ag9. Inoltre, recentemente, abbiamo presentato un concetto per migliorare la cinetica di rilascio di Ag+ basato su un meccanismo di anodo sacrificale elettrochimico10,11,12. Combinando l'Ag con un metallo più nobile (Au, Pt, Pd o Ir) all'interno di un ambiente elettrolitico (come i fluidi biologici) l'Ag meno nobile si corrode a favore della parte più nobile (viene "sacrificata"). Abbiamo dimostrato che tali superfici anodiche sacrificali esercitano effetti antibatterici molto più elevati rispetto alle superfici di Ag puro con Ag+ totale molto più elevato a causa della maggiore dissoluzione dell'Ag guidata elettrochimicamente. Anche se l’attività antibatterica dell’Ag è ben compresa, pochissimi studi descrivono gli effetti antivirali dell’Ag e la maggior parte di essi riguarda le nanoparticelle di Ag13. Recentemente è stato segnalato un effetto virucida del composito nanocluster di Ag/silice spruzzato sulle maschere facciali14.