Aumento da atividade bactericida e virucida de partículas e de filmes compósitos de cobre sob influência de luz branca - Schio, Aline Lucchesi (My University, 2025)
In light of the pandemic caused by the novel coronavirus (SARS-CoV-2) in late 2019, research into virucidal materials has accelerated. Additionally, with the rise of antibiotic-resistant microorganisms and the constant healthcare-associated infections, the interest in the development of bactericidal materials and surfaces is also rising. Copper (Cu) stands out in this field due to its intrinsic biocidal properties. Moreover, copper?s ability to absorb visible light makes it a photoactive material, a characteristic that has not been extensively studied or reported in the literature. To fill this gap, the present study evaluated the bactericidal properties of suspensions of metallic copper particles at both micro (CuMPs) and nanoscale (CuNPs), as well as copper (I) oxide microparticles (Cu2OMPs), under dark and white light illumination conditions against Staphylococcus aureus and Escherichia coli. The particles were subsequently incorporated into a polyvinyl alcohol (PVA) matrix to obtain composite films, which were tested against the same bacterial strains and the enveloped murine hepatitis virus type 3 (MHV-3) under both illumination conditions. UV-Vis spectroscopy confirmed that all particles exhibit a band gap in the visible region. XRD, FTIR, and Raman analyses did not detect contamination or oxidization, though XPS revealed partial oxidation on the surfaces of the particles. Microscopic analysis showed average sizes of 7.7 ± 5.6 (mi)m for CuMPs and 7.6 ± 3.9 (mi)m for Cu2OMPs, while CuNPs measured approximately 43 ± 12 nm. The bactericidal photoactivity against S. aureus for CuMPs and Cu2OMPs suspensions at a concentration of 2.5 mg mL-1 was significantly enhanced under visible light, achieving a 7 log reduction, with increases of 66% and 37% (p < 0.05), respectively, compared to dark conditions. These findings suggest that the photoactivity of these materials is dose-dependent. For the CuNPs suspension at the same concentration, the nanoparticulate material demonstrated superior performance, indicating that copper bactericidal action is also size-dependent. Against E. coli, CuNPs exhibited the highest activity, followed by Cu2OMPs, which at a concentration of 5 mg mL-1 reduced the bacterial load by 3 logarithmic units under both illumination conditions. The 10 mg mL-1 CuMP suspension displayed a substantial increase, achieving a logarithmic reduction from 3 to 8 log under illumination (p < 0.001), indicating a 167% higher activity. After confirming the photoactivity of the copper particles, composite films were synthesized by incorporating 2% w/v of the particles by the drop casting technique. Over a 24-hour exposure period, the films demonstrated a 6 log reduction in bacterial load (over 99.9999% reduction) against both S. aureus and E. coli, showing impressive results without significant differences between illumination conditions. In tests against the MHV-3 virus, using mouse fibroblast line L929, only the film containing CuMPs under illuminated conditions showed no cytopathic effect, indicating virucidal photoactivity. The ICC-RT-qPCR assay revealed that the composite film reduced viral load by 43.1% when exposed to white light, while the reduction in dark conditions was only about 6.8%. These findings demonstrate the successful synthesis of photoactive composite films using relatively low-cost copper microparticles and a conventional deposition method. The promising results highlight the potential of materials and surfaces with photocatalytic properties activated by visible light to combat the spread of pathogens, supporting further research and development in this field. [resumo fornecido pelo autor]
Diante da pandemia causada pelo novo coronavírus de Síndrome Respiratória Aguda Grave (SARS-CoV-2) no final de 2019, a linha de pesquisa em materiais virucidas foi impulsionada. Ainda, diante do crescente número de microrganismos resistentes a antibióticos e das constantes infecções associadas aos cuidados de saúde, a pesquisa por materiais e superfícies bactericidas também é crescente. O cobre (Cu) se destaca nesse contexto devido às suas propriedades biocidas intrínsecas. Ademais, por absorver luz na região do visível é um material fotoativo, uma propriedade ainda pouco estudada e reportada na literatura. Para preencher essa lacuna, o presente estudo avaliou as propriedades bactericidas de suspensões de partículas de cobre metálico em micro (CuMPs) e nanoescala (CuNPs), bem como de micropartículas de óxido de cobre (I) (Cu2OMPs), na ausência de luz e sob iluminação com luz branca, frente à Staphylococcus aureus e à Escherichia coli. Na sequência, as partículas foram incorporadas a uma matriz polimérica de álcool polivinílico (PVA), resultando em filmes compósitos, os quais foram avaliados contra as mesmas bactérias e o vírus envelopado da hepatite murina tipo 3 (MHV-3), utilizando as duas condições de iluminação. Por espectroscopia UV-Vis confirmou-se que as três partículas apresentam banda proibida na região visível do espectro. Pelas técnicas de DRX, FTIR e Raman, não foi observada a presença de agentes contaminantes e ou de oxidação, embora por XPS tenha sido observada a oxidação parcial da superfície das partículas. Pelas técnicas de micrografia, observou-se que as CuMPs e as Cu2OMPs apresentam um tamanho médio de 7,7 ± 5,6 (mi)m e 7,6 ± 3,9 (mi)m, respectivamente, enquanto as CuNPs encontram-se na faixa de 43 ± 12 nm. A fotoatividade bactericida contra S. aureus das suspensões de CuMPs e Cu2OMPs a 2,5 mg mL-1 foi significativamente superior sob iluminação por luz visível (7 log), apresentando aumentos de 66% e 37% (p < 0,05), respectivamente, em relação aos ensaios conduzidos no escuro. Os resultados possibilitam inferir que a fotoatividade desses materiais é dose-dependente. Quanto à suspensão de CuNPs na mesma concentração, conferiu-se a superioridade do material nanoparticulado, o qual subjuga a ação fotocatalítica, conferindo uma atividade bactericida tamanho-dependente. Frente à E. coli, as CuNPs apresentaram maior atividade, seguida das Cu2OMPs, que na concentração de 5 mg mL-1 reduziu em 3 unidades logarítmicas a carga bacteriana em ambas as condições de iluminação. Por fim, a suspensão de 10 mg mL-1 de CuMPs evidenciou uma redução logarítmica superior, passando de 3 para 8 log no ensaio sob iluminação (p < 0,001), indicando uma redução logarítmica 167% superior. Conferida a fotoatividade das partículas de cobre, foram sintetizados filmes compósitos por drop casting incorporando 2% m/v de partículas. Em 24 horas de exposição, tanto frente à S. aureus como à E. coli, os filmes apresentaram redução de 6 log das cargas bacterianas (redução acima de 99,9999%), resultados expressivos embora sem distinção entre as condições de iluminação. Nos ensaios com o vírus MHV-3, utilizando a linhagem de fibroblastos de camundongo L929, apenas o filme com as CuMPs, no ensaio sob iluminação, não apresentou efeito citopático, indicando fotoatividade virucida. Com a realização do ensaio ICC-RT-qPCR, verificou-se que o filme compósito promoveu uma redução de 43,1% da carga viral quanto iluminado por luz branca, enquanto no escuro, a redução foi de apenas 6,8%. Desse modo, foi conferida a obtenção de filmes compósitos fotoativos a partir da incorporação de micropartículas de cobre de baixo custo relativo e de uma técnica de deposição convencional. Com os resultados promissores, o estudo corrobora para o avanço das pesquisas relacionadas a materiais e superfícies com propriedades fotocatalíticas sob luz visível no combate à disseminação de patógenos. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Materiais; Cobre; Microorganismos; Bactericidas; Materials; Copper; Microorganisms; Bactericides