Publicação
Physically active antimicrobial surfaces to prevent the spread of pathogenic microorganisms
| Resumo: | O risco crescente de infeções provocadas por bactérias multirresistentes representa, segundo a Organização Mundial de Saúde, uma grave ameaça à eficácia dos antibióticos, sendo anualmente responsável por milhões de infeções e mais de 750 mil mortes. O objetivo principal desta investigação foca no desenvolvimento de estratégias antimicrobianas, criando superfícies eletroativas com base em materiais piezoelétricos, estimulados com recurso a estímulos ambientais, incluindo variações mecânicas, campos magnéticos e radiação, que induzem variações de carga elétrica e efeitos antimicrobianos, sem necessidade de agentes químicos. Inicialmente, foi avaliada a capacidade antimicrobiana do polímero poli(fluoreto de vinilidenotrifluoroetileno) [P(VDF-TrFE)] sob estimulação mecanoelétrica, processado em diferentes morfologias (filme, membrana e estrutura 3D). Posteriormente, os materiais foram revestidos com um agente antimicrobiano natural. Os resultados demonstraram que o P(VDF-TrFE), especialmente sob estimulação mecanoelétrica, apresenta atividade antimicrobiana significativa, ainda mais potenciada pela aplicação do agente antimicrobiano natural, evidenciando um efeito sinérgico promissor entre o material piezoelétrico e o composto bioativo. Num outro estudo, incorporaram-se nanopartículas magnéticas (Fe₃O₄ ou CFO) em filmes de P(VDFTrFE), cuja resposta antimicrobiana sob estimulação magnetoelétrica foi avaliada. Dado o efeito aprimorado das nanopartículas de CFO, estas foram incorporadas numa matriz biodegradável de poli(3- hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) para validar a eficácia antimicrobiana. Demonstrou-se também o efeito piroelétrico em filmes de P(VDF-TrFE) com nanoestrelas de ouro ativados por estimulação fototérmica. Os resultados demonstraram que o efeito magnetoelétrico em filmes de P(VDFTrFE)/ CFO promove eficazmente a inibição bacteriana, tal como os filmes de PHBV/CFO. Os filmes contendo nanoestrelas de ouro apresentaram uma resposta piroelétrica traduzida pela redução da formação de biofilme e crescimento planctónico de células bacterianas. Por fim, filmes de P(VDF-TrFE) foram mecanicamente estimulados a baixa frequência para avaliar a sensibilidade da parede celular bacteriana à resposta piezoelétrica, sendo esta mais pronunciada em células com peptidoglicano rompido e matriz extracelular removida. Combinando engenharia de materiais, microbiologia e estímulos físicos, esta tese apresenta superfícies eletroativas inovadoras, capazes de inativar ou sensibilizar bactérias, com potencial para revestimentos antimicrobianos em ambientes hospitalares e de elevado contacto. |
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| Autores principais: | Moreira, Joana Catarina Dias |
| Assunto: | Atividade antimicrobiana Estímulos físicos Materiais piezoelétricos Nanopartículas Antimicrobial activity Nanoparticles Physical stimulation Piezoelectric materials |
| Ano: | 2025 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso embargado |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | O risco crescente de infeções provocadas por bactérias multirresistentes representa, segundo a Organização Mundial de Saúde, uma grave ameaça à eficácia dos antibióticos, sendo anualmente responsável por milhões de infeções e mais de 750 mil mortes. O objetivo principal desta investigação foca no desenvolvimento de estratégias antimicrobianas, criando superfícies eletroativas com base em materiais piezoelétricos, estimulados com recurso a estímulos ambientais, incluindo variações mecânicas, campos magnéticos e radiação, que induzem variações de carga elétrica e efeitos antimicrobianos, sem necessidade de agentes químicos. Inicialmente, foi avaliada a capacidade antimicrobiana do polímero poli(fluoreto de vinilidenotrifluoroetileno) [P(VDF-TrFE)] sob estimulação mecanoelétrica, processado em diferentes morfologias (filme, membrana e estrutura 3D). Posteriormente, os materiais foram revestidos com um agente antimicrobiano natural. Os resultados demonstraram que o P(VDF-TrFE), especialmente sob estimulação mecanoelétrica, apresenta atividade antimicrobiana significativa, ainda mais potenciada pela aplicação do agente antimicrobiano natural, evidenciando um efeito sinérgico promissor entre o material piezoelétrico e o composto bioativo. Num outro estudo, incorporaram-se nanopartículas magnéticas (Fe₃O₄ ou CFO) em filmes de P(VDFTrFE), cuja resposta antimicrobiana sob estimulação magnetoelétrica foi avaliada. Dado o efeito aprimorado das nanopartículas de CFO, estas foram incorporadas numa matriz biodegradável de poli(3- hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) para validar a eficácia antimicrobiana. Demonstrou-se também o efeito piroelétrico em filmes de P(VDF-TrFE) com nanoestrelas de ouro ativados por estimulação fototérmica. Os resultados demonstraram que o efeito magnetoelétrico em filmes de P(VDFTrFE)/ CFO promove eficazmente a inibição bacteriana, tal como os filmes de PHBV/CFO. Os filmes contendo nanoestrelas de ouro apresentaram uma resposta piroelétrica traduzida pela redução da formação de biofilme e crescimento planctónico de células bacterianas. Por fim, filmes de P(VDF-TrFE) foram mecanicamente estimulados a baixa frequência para avaliar a sensibilidade da parede celular bacteriana à resposta piezoelétrica, sendo esta mais pronunciada em células com peptidoglicano rompido e matriz extracelular removida. Combinando engenharia de materiais, microbiologia e estímulos físicos, esta tese apresenta superfícies eletroativas inovadoras, capazes de inativar ou sensibilizar bactérias, com potencial para revestimentos antimicrobianos em ambientes hospitalares e de elevado contacto. |
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