Bi bioinspirado

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13290 (2023) Citar este artigo

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Imitando aproximadamente o design arquitetônico da superfície das asas de libélula, novas nanoflores 3D bifásicas de MgO/Mg(OH)2 foram sintetizadas com sucesso através da técnica de eletrofiação. As nanoflores 3D foram revestidas sobre uma esponja de melamina comercial e extensivamente caracterizadas por MEV, XRD, FTIR e EDS. A formação de nanopétalas 3D densas e distintas foi revelada por imagens SEM, onde a espessura média das pétalas e a distância média entre as pétalas adjacentes foram de 36 nm e 121 nm, respectivamente. As atividades bactericidas de esponjas de melamina revestidas com nanoflores 3D sintetizadas foram avaliadas contra cinco bactérias diferentes (Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae e Pseudomonas aeruginosa). Este estudo demonstrou atividade bactericida significativa de nanoflores 3D de MgO/Mg(OH)2 revestidas com MS contra bactérias Gram-positivas e Gram-negativas. Mecanismos bactericidas plausíveis incluem deformação do envelope, penetração e indução de estresse oxidativo. Este estudo apresenta um novo biomaterial bioinspirado com capacidade de reduzir o risco associado a infecções bacterianas patogênicas, especialmente em dispositivos médicos.

As superfícies antibacterianas são muito procuradas em aplicações biomédicas para reduzir infecções associadas a dispositivos médicos implantados que custam cerca de 5 a 10 mil milhões de dólares por ano1. Várias nanopartículas, como óxido de titânio, óxido de zinco e óxido de prata, mostraram atividade bactericida razoável em relação a um amplo espectro de cepas bacterianas2,3. No entanto, os efeitos citotóxicos associados à acumulação de nanopartículas à base de elementos de metais pesados ​​no corpo humano levantaram sérias preocupações contra a sua utilização como agentes bactericidas . Embora o revestimento de dispositivos biomédicos com agentes biocidas, como prata e antibióticos, seja uma abordagem bioquímica convencional; concomitantemente, o uso excessivo de antibióticos torna as bactérias resistentes aos medicamentos e causa infecções crônicas6. Estima-se que quase 10% dos pacientes submetidos à cirurgia de implantes médicos desenvolvem infecções bacterianas agudas, causando uma média de 0,1 milhão de mortes nos Estados Unidos7. Uma vez que a infecção ocorre na interface implante-tecido biomédico, a remoção do dispositivo médico e/ou implante por meio de cirurgia secundária torna-se inevitável. Isto não só causa desconforto ao paciente, mas também aumenta o custo da saúde8. Com o uso excessivo de antibióticos, o surgimento cada vez maior de cepas bacterianas resistentes a antibióticos tornou necessária a descoberta de novas estratégias antibacterianas e agentes bactericidas9.

Na última década, a modificação de superfícies em nanoescala ofereceu novos caminhos para a criação de topografias antibacterianas projetadas . Por exemplo, sulcos, cristas e estruturas baseadas em ondulações demonstraram enorme potencial na mitigação da formação de biofilme, reduzindo a adesão bacteriana 10,11. Recentemente, a descoberta da atividade biocida de nanoarquiteturas naturais de alta proporção que aparecem na superfície de asas de insetos, como cigarras e libélulas, desencadeou a pesquisa de novas topografias de nanomateriais antibacterianos . As interações físicas entre os patógenos anexados e as topografias em nanoescala impulsionam a atividade antimicrobiana de tais superfícies . Além das asas de insetos, outras superfícies anti-bioincrustantes e autolimpantes que ocorrem naturalmente incluem folhas de arroz14, folhas de lótus15, pele de lagartixa16 e pele de tubarão17,18. Inspiradas na nanoarquitetura bactericida de materiais naturais, nanossaliências foram desenvolvidas com sucesso com titânio19,20, ouro21, diamante22, silício preto23 e poli(metacrilato de metila)24. Quase todas essas nanoarquiteturas artificiais apresentam excelente atividade biocida contra bactérias Gram-positivas e Gram-negativas.