Coating con SiO2(Ag) per idropitture
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Le FAQ sulla produzione di materiale nanostrutturato per coating di idropitture:
Avete delle domande?
Le nostre nanostrutture con argento offrono un’azione antimicrobica comprovata e sono più sicure degli additivi organici. Investi nella sicurezza e nella protezione delle tue idropitture con la nostra tecnologia innovativa.
PRODUZIONE DI MATERIALE NANOSTRUTTURATO PER COATING DI IDROPITTURE
Un rivestimento avanzato che combina la potenza delle nano particelle di argento e del diossido di silicio per una protezione antimicrobica superiore
Lo sviluppo delle nanoparticelle d’argento su diossido di silicio (Coating con SiO2(Ag) per idropitture) ha soddisfatto il tanto atteso requisito del rilascio di ioni d’argento antimicrobici su superfici trattate con idropitture e vernici a base d’acqua. La combinazione della tecnologia delle nanoparticelle legate alla superficie delle particelle di silice di dimensioni microscopiche consente di realizzare rivestimenti che potenzialmente possono soddisfare i requisiti sopra citati. In questo articolo viene presentato un nuovo coating che si basa sulla sinergia tra le particelle di microsilice e la tecnologia dell’argento-glicole propilenico. Questo rivestimento innovativo potrebbe essere adottato e utilizzato come soluzione complementare per affrontare i vari problemi legati alla prevenzione dei patogeni negli spazi pubblici, che attualmente vengono affrontati con diversi prodotti e risultati alterni.
Materiale nanostrutturato: coating con SiO2(Ag) per idropitture
Il materiale nanostrutturato utilizzato in questo studio è costituito da particelle di diossido di silicio, comunemente conosciute come silice o biossido di silicio secondo la nomenclatura IUPAC (formula chimica: SiO2). La silice non è adatta come conduttore termico ed è comunemente impiegata nei materiali ceramici come isolante. Ad esempio, viene utilizzata come scudo termico nelle sonde spaziali o nello space shuttle. Le dimensioni delle particelle impiegate per il nostro materiale nanostrutturato vanno da 0,5 μm a 2 μm.
BATTERI E PIANTE
Batteri e il loro ruolo nella natura
I batteri sono microrganismi unicellulari che svolgono un ruolo importante in vari fenomeni biologici. La loro esistenza e azione sono cruciali per la vita quotidiana e la natura in generale. Tuttavia, in determinate condizioni, come un tasso di umidità adeguato e la presenza di sostanze nutritive adeguate, i batteri possono riprodursi rapidamente. È importante sottolineare che molte specie batteriche sono patogene e possono potenzialmente trasmettere malattie.
Classificazione dei batteri e la formazione di colonie
I batteri sono classificati in due categorie basate sulla struttura della loro membrana protettiva: i batteri gram-positivi, indicati come +, come ad esempio lo Staphilococcus aureus, e i batteri gram-negativi, indicati come -, come l’Escherichia coli, lo Pseudomonas aeruginosa e il Legionella sp. Quando i batteri proliferano, formano colonie in modo esponenziale. Queste colonie sono generalmente definite unità di formazione colonie (CFU). È quindi fondamentale controllare la proliferazione batterica in termini di CFU per garantire la protezione.
Effetti della proliferazione batterica sulla superficie
I microrganismi che si aderiscono alla superficie possono proliferare e formare colonie, alterando le funzioni della superficie stessa. Questo processo può avere effetti negativi sulle prestazioni e l’integrità della superficie. Pertanto, è essenziale monitorare e controllare attentamente la proliferazione batterica per evitare tali problemi.
TECNOLOGIA ANTIMICROBICA A BASE DI GLICOLE PROPILENICO ARGENTO SU SILICE
La tecnologia antimicrobica a base di glicole propilenico argentato su silice (coating con SiO2(Ag) per idropitture) offre numerosi vantaggi, tra cui un rilascio controllato e prolungato degli ioni argentati, una maggiore efficacia antimicrobica e una migliore resistenza alle intemperie. Questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per la produzione di idropitture con proprietà antimicrobiche e durature.
La tecnologia antimicrobica a base di glicole propilenico argentato su silice
Nell’ambito della produzione di materiali nanostrutturati per coating di idropitture, esistono diverse tipologie di agenti antimicrobici, che possono essere di natura organica o inorganica.
Agenti antimicrobici organici ed inorganici
Gli additivi organici, sebbene spesso efficaci in termini di tempi e aree di efficienza grazie alla loro natura volatile, presentano una durata limitata e possono avere un impatto sull’ambiente. Gli additivi inorganici, come quelli basati su nano particelle di argento supportate da silice, consentono l’emissione continua di ioni argentati. L’argento è noto da migliaia di anni per le sue proprietà mediche e terapeutiche, ed è stato impiegato per farmaci e sterilizzazione dell’acqua potabile. Gli studi dimostrano che l’argento è più sicuro degli additivi organici e non risulta tossico per gli esseri umani.
Rilascio degli ioni argentati
Gli additivi inorganici non sono volatili e si fissano nella matrice inorganica degli smalti. Il rilascio degli ioni argentati avviene in risposta a fattori esterni come l’umidità e la traspirazione. Questo meccanismo di rilascio è ampiamente utilizzato, ad esempio, nelle tecnologie che impiegano ioni argentati. Maggiori sono i fattori esterni, maggiore è il rilascio degli ioni argentati dal supporto inorganico (silice e polveri varie nelle idropitture). Gli ioni argentati rilasciati agiscono direttamente sulle membrane dei microrganismi, esponendo i nuclei e causando la morte cellulare.
Tecnologia delle nanostrutture con argento
Nei casi studiati, la concentrazione degli ioni argento richiesta per sterminare una popolazione di 106 cellule inoculate in una sospensione contenente sostanze nutritive di 10 -5 μg/ml dipende dai tipi di batteri. La tecnologia descritta in questo studio si basa sul rivestimento delle particelle di silice con nano particelle d’argento. Questo rivestimento non solo funge da supporto, ma anche da serbatoio per il controllo del rilascio degli ioni argentati. La struttura nanostrutturata consente un rilascio degli ioni argentati ad un livello medio-alto e lento, ottimizzando l’efficacia dell’intero ciclo di lavoro della superficie trattata.
Considerazioni sulla protezione alle intemperie
Sebbene sia possibile utilizzare solo particelle d’argento escludendo la silice come supporto, questo renderebbe il materiale meno protetto dalle intemperie una volta applicato sulla superficie da coprire. Pertanto, l’inclusione della silice come supporto nella tecnologia di rivestimento con nanostrutture argentate garantisce una maggiore resistenza alle condizioni ambientali avverse.
I coating a base di diossido di silicio con argento e la proliferazione batterica
Grazie alla loro capacità nelle varie soluzioni acquose e con molti solventi si possono impiegare in tutte le idropitture ed a qualsiasi tipo di vernice che, come detto sopra, richiedono un coating che non favorisca la presenza di batteri. Di per sé, esso già soddisfa il requisito della resistenza alla formazione di colonie di batteri. Questa proprietà di resistenza alla formazione di colonie è stata valutata in laboratorio.
TEST DELLE PROPRIETÀ ANTIMICROBICHE SULL'ARGENTO
Valutazione dell'efficacia dell'argento come agente antimicrobico su coating a base di poliammidi termoplastici
Il test della diffusione Agar, come descritto in ASTM G21, ASTM G22, ISO 846 e ISO 16869, è comunemente utilizzato per valutare le proprietà antimicrobiche di materiali. Questi metodi misurano l’area di inibizione della crescita batterica attorno agli oggetti trattati, in cui la migrazione dell’agente antimicrobico nell’ambiente circostante inibisce la crescita batterica. Tuttavia, questi test sono adatti solo per valutare l’efficacia degli additivi antimicrobici che si diffondono nell’ambiente. Per valutare l’efficacia delle tecnologie che agiscono specificamente sulla superficie del materiale, questi metodi non sono indicati.
Limitazioni dei metodi di diffusione Agar per la valutazione delle tecnologie di coating
Descrizione dei metodi alternativi:
In Giappone, il paese leader nello sviluppo e nell’utilizzo di agenti antimicrobici, è stata introdotta la normativa industriale JIS Z 2801:2000 per la quantificazione del comportamento delle superfici plastiche nei confronti dei batteri. Questo metodo, noto come “Metodo di contatto del film”, è stato ben accolto in Europa. Esso prevede di porre una sospensione di microrganismi con una concentrazione predefinita, espressa in CFU (unità formanti colonia), a contatto con la superficie da valutare. Successivamente, dopo un periodo di contatto prestabilito, viene misurata e registrata la quantità residua di CFU nella sospensione.
Adozione della normativa JIS Z 2801:2000 per la valutazione dei coating a base di poliammidi termoplastici
Applicazione del test:
Nel presente studio, è stata adottata la normativa JIS Z 2801:2000 per valutare le proprietà superficiali dei coating a base di poliammidi termoplastici rispetto alla capacità di inibizione della riproduzione batterica. Al fine di garantire l’affidabilità e la ripetibilità dei risultati, le valutazioni sono state condotte in tre diversi laboratori su Escherichia coli. I laboratori coinvolti sono il laboratorio microbiologico di Arkema, il gruppo di ricerca di Lacq (GRL) e i laboratori per la tutela dell’ambiente igienico del primo Istituto Pasteur di Lione.
Conclusione:
Il test delle proprietà antimicrobiche dell’argento sui coating a base di poliammidi termoplastici è stato eseguito utilizzando il metodo di contatto del film, conforme alla normativa JIS Z 2801:2000. Questo test fornisce una valutazione delle proprietà superficiali dei coating in termini di controllo della riproduzione batterica. La collaborazione tra diversi laboratori ha garantito la validità dei risultati ottenuti. L’argento dimostra di avere un potenziale effetto antimicrobico su tale coating, offrendo nuove opportunità per la produzione di materiali nanostrutturati destinati all’applicazione in idropitture.
LABORATORIO DI SANITIZED AG
RISULTATI DEL TEST SUL COATING POLIAMMIDICO PER VALUTARE L'AZIONE ANTIMICROBICA DELL'ARGENTO
Normativa JIS Z2801: 2000
Nei primi due laboratori è stata adottata la normativa giapponese JIS Z2801: 2000 per facilitare la valutazione. Il laboratorio di Sanitized AG, coinvolto in IRBG, ha seguito scrupolosamente la normativa JIS Z2801.
Risultati del Test
I risultati sono presentati in [tab. 1].
1600000
1400000
1200000
1000000
800000
600000
400000
200000
0
1000000
E.Coli
<100
1400000
S.Aureus
400
1000000
L.Pneumophila
<100
I test comparati, indipendenti dal laboratorio e dal protocollo utilizzato, dimostrano che il nuovo coating poliammidico, risultante dalla sinergia delle tecnologie delle poliammidi termoplastiche e del vetro/argento, ha ridotto la popolazione di Esterichia coli per più del 99.99% in 24 ore.
Effetto antimicrobico su batteri gram-negativi e gram-positivi
Altri risultati di test compiuti nel laboratorio di microbiologia GRL hanno dimostrato che il nuovo coating poliammidico non è efficace solo con i batteri gram negativi come l’Esterichia coli e legionella pneomophila, ma anche con i batteri gram-positivi come lo Staphylococcus aureus. Sulla superficie del nuovo coating poliammidico è stata osservata e riportata una riduzione di tutte le popolazioni di specie batteriche superiore al 99.99% in 24 ore.
Studio sulla cinetica di riduzione dei batteri
Presso GRL, è stato poi eseguito uno studio sulla capacità del nuovo coating poliammidico di ridurre la popolazione di Escherichia coli, in base allo stesso protocollo presentato sopra. In questo studio sulla cinetica, il conteggio dei batteri è stato eseguito dopo una durata di 3, 6, 12 e 24 ore di contatto del batterio inoculato con la superficie del coating.
Risultati dello studio sulla cinetica
I risultati dimostrano che, nel caso qui presentato in cui la contaminazione iniziale della superficie equivale a 107 CFU/ml di Escherichia coli, la popolazione batterica sulla superficie del nuovo coating a base di poliammidi è stata ridotta del 99,9% dopo soltanto 3 ore di contatto. Inoltre, il numero di batteri, da quel momento, è stato mantenuto ad un livello basso costante in termini di CFU.
TEST DELLE PROPRIETÀ ANTIMICROBICHE DELLA PARTICELLA DI ARGENTO SU SUPPORTO DI SILICE MEDIANTE TEMPO DI CONTATTO IN UNA MISCELA DI IDROPITTURA
Le proprietà antimicrobiche dei materiali nanostrutturati sono di grande interesse nel settore dei rivestimenti, in particolare per le idropitture. In questo studio, abbiamo valutato le proprietà antimicrobiche di una particella di argento su un supporto di silice, mediante il tempo di contatto in una miscela di idropittura.
Materiali e Metodo
Ceppi microbici ATCC
Sono stati utilizzati i seguenti ceppi microbici ATCC come organismi di prova:
- Staphylococcus aureus (Gram +) ATCC 25923
- Escherichia coli (Gram -) ATCC 10536
- Salmonella enteridis (Gram -) ATCC 13076
- Aspergillus Niger (Muffa) ATCC 16404
Periodo di test e tempo di contatto
Il periodo di test è stato dal 14/9/2011 al 5/10/2011. Sono stati valutati due tempi di contatto: 5 minuti e 15 minuti. Lo scopo era verificare il rapporto tra la concentrazione di batteri patogeni e il tempo di contatto.
Metodologia delle analisi
Preparazione delle sospensioni microbiche di contaminazione
Ogni microrganismo è stato preparato separatamente in TSB (brodo di soia triptica) ed incubato per 48 ore a 36°C +/- 1°C, fino a ottenere una sospensione microbica con una concentrazione nota di almeno 10.6 cfu/ml, confermata mediante il metodo di coltura quantitativa in piastra (metodo di inclusione).
Preparazione dei campioni ed applicazione della sospensione di contaminazione
Per ogni superficie di prova sono stati utilizzati i seguenti campioni:
- Silice argento 0,1% di SIAGL700
- Silice argento 0,3% di SIAGL700
- Silice argento 0,5% di SIAGL700
- Silice argento 0,8% di SIAGL700
- Silice argento 1% di SIAGL700
Ogni superficie è stata contaminata separatamente da ogni sospensione batterica per ogni ceppo batterico. Ogni inoculo è stato lasciato asciugare sulla superficie contaminata per circa 30 minuti. Al termine dei tempi di contatto prestabiliti, è stato eseguito il prelievo con Rodac diam. 60mm ed è stata successivamente effettuata l’analisi della conta microbica totale.
Ricerca patogeni
Per rilevare la presenza dei batteri patogeni inoculati su ogni superficie, sono state utilizzate tre tipologie di terreno selettivo:
- Mannitol Salt Agar per la ricerca del batterio Gram + patogeno Staphylococcus aureus
- Mac Conkey Agar per la ricerca del batterio Gram – patogeno Escherichia coli e Salmonella enteridis
- Sabouraud – CFL Agar per la ricerca della muffa Aspergillus Niger, patogeno ambientale
Dopo l’incubazione, sono state contate le colonie cresciute sulla superficie della piastra per calcolare le medie ed esprimere i risultati in unità di misura corrispondenti a cfu/cm2 (unità formanti colonie per ogni centimetro quadrato di superficie monitorata).
Risultati
Dopo 5 minuti, in tutte le concentrazioni testate, non si è verificata alcuna riduzione della carica batterica.
Dopo 15 minuti, in tutte le concentrazioni testate, ad eccezione dell’1%, non si è verificata alcuna riduzione della carica batterica.
Valutando il tempo di contatto di 15 minuti sulla concentrazione dell’1%, si presume una ottima affidabilità con tempi di contatto superiori all’ora.
Conclusioni
I risultati indicano che la particella di argento su supporto di silice presenta proprietà antimicrobiche significative, in particolare con tempi di contatto superiori a 15 minuti e concentrazioni dell’1% di SIAGL700. Questo materiale nanostrutturato potrebbe essere utilizzato come rivestimento per idropitture con potenziale attività antimicrobica. Ulteriori studi sono necessari per approfondire le sue applicazioni e valutarne la sicurezza e l’efficacia a lungo termine.
DISCUSSIONE
Efficacia antimicrobica del trattamento
Sulla base dei risultati ottenuti, è stato verificato che i provini trattati in superficie con silice argento SIAGL700 presentano un’efficacia antimicrobica significativa. L’analisi delle concentrazioni del trattamento in superficie inferiore all’1% ha dimostrato una riduzione del 90% della carica microbica, soprattutto nei confronti dei batteri Gram positivi come lo Staphylococcus aureus e i batteri Gram negativi come l’Escherichia coli. I test sono stati condotti presso l’Università di Ferrara, con la supervisione del Prof. Pier Giorgio Balboni come microbiologo responsabile e la Dott.ssa Alberta Vandini come responsabile della ricerca biologica.
Tecnologie a base di silice con nano particelle di argento
Lo scopo di questo materiale è ottenere una sinergia tra l’alto rilascio degli ioni argento e la protezione dalle intemperie (agenti atmosferici e ambientali) offerta dalla silice. L’obiettivo è sviluppare una nuova formulazione che fornisca al coating superficiale una protezione durevole ed efficace contro la proliferazione batterica. Questa formulazione innovativa, basata sul nano argento e la silice, consente di creare un nuovo coating funzionale che offre una protezione a lungo termine sulle superfici, sia contro i danni ambientali severi che contro la proliferazione batterica.
Applicazione dei nanomateriali nell'idropittura
Gli additivi inorganici a base di tecnologia nano argento con silice sono strettamente integrati nella matrice inorganica delle idropitture. Le particelle di nano argento sulla silice agiscono come serbatoi di ioni argento, che vengono rilasciati sulla superficie delle idropitture al contatto con l’umidità. Gli ioni argento rilasciati limitano la presenza di batteri sulla superficie. Tuttavia, l’attività antimicrobica si limita esclusivamente alla superficie più esterna del coating, poiché la presenza degli ioni argento diminuisce a seconda dello spessore dell’idropittura.
Benefici delle idropitture "respiranti"
Nel caso delle idropitture “respiranti”, tuttavia, l’attività delle particelle di argento sottostanti può incrementare l’efficacia antimicrobica di superficie. Questo avviene grazie alla permeabilità della idropittura, che consente una maggiore interazione tra i batteri e gli ioni argento rilasciati. Pertanto, l’uso di coating a base di nano argento e silice può essere particolarmente vantaggioso in aree dove è fondamentale il controllo delle condizioni igieniche, come luoghi pubblici e ospedali.
In sintesi, l’applicazione di materiale nanostrutturato per il coating di idropitture offre una soluzione promettente per la protezione superficiale contro la proliferazione batterica e l’attacco ambientale. Le proprietà antimicrobiche dell’argento e la protezione offerta dalla silice combinano efficacemente per fornire un coating funzionale e a lunga durata.