Atmospheric-pressure plasma deposition of antimicrobial hybrid nanocomposites for biomedical textiles

Abstract

As doenças infeciosas têm sido uma ameaça à saúde nas últimas décadas devido ao aparecimento de novos microrganismos multirresistentes e novos agentes patogénicos. Os têxteis biomédicos são amplamente utilizados e podem ser responsáveis por infeções nosocomiais. A incorporação de agentes antimicrobianos nos têxteis evita a sua degradação pela ação de microrganismos e previne ou trata infeções microbianas. Estes materiais apresentam limitações em termos de durabilidade, biocompatibilidade e ação contra espécies multirresistentes ou infeções polimicrobianas. Os têxteis são também componentes importantes para o desenvolvimento de materiais inteligentes leves e flexíveis, em particular, os têxteis halocrómicos que mudam de cor com variações de pH. O principal objetivo deste projeto foi produzir uma nova geração de materiais antimicrobianos à base de nanopartículas metálicas (MNPs) e moléculas de amidrazona/azoimidazole. As moléculas de amidrazona/azoimidazole, foram aplicadas para conferir propriedades antifúngicas e halocrómicas aos tecidos. As MNPs foram estabilizadas nos tecidos por tratamento de plasma de descarga de barreira dielétrica (DBD) ou por camadas biocompatíveis para aumentar o espetro de ação antimicrobiano. As moléculas de Amidrazona foram modificadas para se obter estruturas mais estáveis, dando origem aos Azoimidazoles ativos contra Candida krusei. Em seguida, as propriedades antimicrobianas sinérgicas ou aditivas entre as moléculas orgânicas e as MNPs (Ag, Cu e Au) foram avaliadas para a obtenção das concentrações ótimas para aumentar o espetro de ação e diminuir a concentração ativa. Os materiais têxteis (poliamida 6,6 (PA66) e poliéster (PES)) foram funcionalizados com AgNPs e mostraram estabilidade adicional com a aplicação de tratamento com plasma DBD ou por camadas de quitosano ou hexametildissiloxano. Por último, as moléculas orgânicas foram usadas para o tingimento de materiais têxteis (PA66, PES, algodão (CO) e seda (SK)). As moléculas apresentaram baixa afinidade para PA66, PES e CO, mas alta afinidade para a SK. Concentrações elevadas das moléculas foram necessárias para obter propriedades antimicrobianas após a funcionalização têxtil. Foram encontradas propriedades halocrómicas interessantes usando seda. A principal vantagem deste trabalho de investigação foi a capacidade de produzir têxteis funcionais antimicrobianos e halocrómicos com agentes ativos fortemente ligados e que apresentaram alta taxa de deposição, recorrendo a técnicas ecológicas.

Infectious diseases have been a global health threat over the last decades due to the emergence of new pathogens and multidrug-resistant (MDR) strains. Biomedical textiles are commonly used in healthcare systems and can be responsible for healthcare-associated infections (HAIs). Incorporating antimicrobial agents in biomedical textiles protects materials from microorganism degradation and may act as a contact-killing or drug-release system to prevent or treat microbial infections. However, the actual antimicrobial textiles present several limitations regarding durability, biocompatibility, and action against multi-resistant pathogens or polymicrobial infections. Moreover, textiles are important components for developing lightweight and flexible displays for smart materials. Halochromic textiles present colourchanging abilities triggered by pH variations, mainly based on pH-sensitive dye molecules. The main objective of this project was to produce a new generation of antimicrobial biomedical materials based on metal nanoparticles (MNPs) and amidrazone/azoimidazole molecules. The amidrazone/azoimidazole molecules were applied to endow antifungal and halochromic properties to the fabrics. MNPs were stabilized in the fabrics by dielectric barrier discharge (DBD) plasma treatment or by using biocompatible layers to increase the antimicrobial spectrum of the fabrics. First, the amidrazone molecules were modified to obtain more stable structures giving azoimidazoles with strong activity against Candida krusei. Secondly, the synergistic or additive antimicrobial properties between the organic molecules and MNPs (Ag, Cu and Au) were assessed, and optimal concentrations were found that increased the spectrum of action and decreased active concentrations. Then, textile materials (polyamide 6,6 (PA66) and polyester (PES)) were functionalized with AgNPs showing additional stability and adhesion using DBD plasma treatment or chitosan/hexamethyldisiloxane layers. Finally, the organic molecules were used to dye textile materials (PA66, PES, cotton (CO) and silk (SK)). The molecules showed a low affinity for PA66, PES and CO, but a high affinity for SK fabric was observed. High concentrations of the molecules were required to obtain antimicrobial properties after textile application. Interesting halochromic properties were established using SK. The main advantage of this research was the capability to produce functional textiles with antimicrobial and halochromic textiles with strongly bonded active agents and high deposition rate, using eco-friendly methods namely applying DBD plasma treatment or biocompatible polymers through spray and exhaustion at low temperature.