Textiles nanocomposites antimicrobiens hautement efficaces et durables

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 17332 (2022) Citer cet article

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Les infections nosocomiales causent des millions d'hospitalisations et coûtent des milliards de dollars chaque année. Une solution potentielle pour résoudre ce problème est de développer des textiles antimicrobiens pour les tissus de santé (literie hospitalière, blouses, blouses de laboratoire, etc.). Il a été prouvé que les textiles enduits de nanoparticules métalliques possèdent des propriétés antimicrobiennes, mais n'ont pas été adoptés par les établissements de santé en raison des risques de lessivage et de perte de fonction, de toxicité et de pollution de l'environnement qui en résultent. Ce travail présente le développement et les tests de textiles nanocomposites de zinc antimicrobiens, fabriqués à l'aide d'un nouveau procédé de Crescoating. Dans ce processus, les nanoparticules de zinc sont cultivées in situ dans la masse de différents tissus naturels et synthétiques pour former des nanocomposites sûrs et durables. Les textiles nanocomposites de zinc montrent une réduction microbienne sans précédent de 99,99 % (4 log10) à 99,9999 % (6 log10) en 24 h sur les bactéries Gram-positives et Gram-négatives les plus courantes et les agents pathogènes fongiques. De plus, l'activité antimicrobienne reste intacte même après 100 cycles de lavage, démontrant la grande longévité et la durabilité du textile. Une évaluation dermatologique indépendante a confirmé que le nouveau textile est non irritant et hypoallergénique.

Les infections associées aux soins de santé (IAS) sont un problème de santé publique majeur avec au moins un patient sur 31 infecté pendant ou après avoir reçu un traitement dans les hôpitaux aux États-Unis1. Les textiles des établissements de santé (rideaux, literie, vêtements des travailleurs, tapis, blouses des patients, serviettes, mobilier) sont connus pour héberger des micro-organismes et faciliter la propagation des IAS, dont le SRAS-CoV-22,3. Le nettoyage périodique et l'application de désinfectants sur tous les textiles en milieu hospitalier ne suffisent pas à prévenir la transmission. Même avec un nettoyage régulier, les vêtements des travailleurs de la santé présentaient une charge microbienne importante après un horaire de travail typique de 8 à 12 h, et environ 92 % des rideaux d'hôpitaux contenaient des agents pathogènes dans la semaine suivant le nettoyage4.

L'ampleur de ce problème a encore augmenté depuis la pandémie de COVID-19 qui a maintenu les établissements de santé à leur capacité maximale et les a exposés à la propagation de davantage d'infections. Parmi les IASS courantes observées dans les hôpitaux aux États-Unis, la bactériémie associée au cathéter central (CLABSI), les infections des voies urinaires associées au cathéter (CAUTI) et la pneumonie associée à la ventilation assistée ont augmenté de 47 %, 19 % et 45 %, respectivement, en l'année 2020. En dehors de ceux-ci, les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) ont également signalé que les infections associées au Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) ont augmenté en 2020, avec le début de la pandémie de COVID-195.

Aux États-Unis, la transmission du SRAS-CoV-2 a été prédominante dans les hôpitaux, les maisons de retraite et les établissements médicaux, ce qui a fait que plus de 1 037 400 travailleurs de la santé ont contracté le COVID-19 aux États-Unis au 18 mars 20226,7. Alors que l'attention des travailleurs de la santé s'est déplacée vers la lutte contre ce problème, certaines des principales causes de décès dans les maisons de retraite ont été reléguées au second plan, telles que les infections respiratoires, les infections des voies urinaires (IVU), la gastro-entérite, la septicémie et les maladies de la peau, qui impliquent des maladies multirésistantes. pathogènes bactériens et fongiques8,9. Cela fait de ces installations des «points chauds» pour de telles infections, ce qui entraîne un besoin urgent de textiles antiviraux / antimicrobiens auto-désinfectants qui freinent la transmission là où idéalement un faible investissement en capital est requis.

L'utilisation des nanotechnologies et des nanomatériaux est l'une des approches les plus prometteuses pour le développement de la prochaine génération de textiles fonctionnels10,11. L'importance des nanomatériaux, en particulier des nanoparticules, réside dans leur capacité à conférer de multiples fonctionnalités avec une amélioration remarquable de ces fonctionnalités en raison d'un rapport surface/volume accru et d'une énergie de surface élevée12. Les nanoparticules d'argent, en particulier, suscitent un intérêt croissant de la part de l'industrie textile en raison de leurs propriétés antimicrobiennes à large spectre. Entre 2004 et 2011, la part de marché de l'argent dans les textiles antimicrobiens est passée de 9 à 25 %, remplaçant progressivement les composés organiques de synthèse13. Plusieurs méthodes ont été développées pour incorporer des nanoparticules de métaux et d'oxydes métalliques dans les textiles14. Les approches les plus courantes incluent la pulvérisation d'une solution de nanoparticules15, le dépôt couche par couche avec des polymères ou des polyélectrolytes16, le revêtement sonochimique17, le dépôt plasma18 et l'électrofilage19.

Les méthodes actuelles de fonctionnalisation des nanoparticules présentent des limites importantes en termes de durabilité à long terme20. Les revêtements de surface nanoparticulaires sont sujets à la lixiviation lorsque les nanoparticules sont libérées du matériau fibreux. Ceci est particulièrement pertinent dans les textiles et les vêtements qui sont soumis à des contraintes mécaniques, à l'abrasion ainsi qu'à des cycles répétés de lavage et de séchage. L'émission de nanoparticules d'argent par les textiles varie selon les produits et peut atteindre 80 % lors du premier lavage20,21. De plus, l'argent et d'autres nanoparticules utilisées dans les textiles comme le cuivre ont démontré leur toxicité dans les systèmes environnementaux22,23,24. Ces nanoparticules antimicrobiennes peuvent également perturber les processus de traitement biologique utilisés dans les stations d'épuration municipales et industrielles25.

Le travail présenté ici porte sur l'utilisation d'un nouveau procédé appelé Crescoating, signifiant revêtement par croissance [-cresco], pour l'introduction de nanoparticules dans le textile pour former des nanocomposites stables et la démonstration de l'effet antimicrobien des textiles nanocomposites de zinc. En règle générale, les nanocomposites sont décrits comme des matériaux au moins à deux phases, l'un des composants étant à l'échelle nanométrique. Il peut s'agir d'une phase de nanoparticules métalliques ou non métalliques incorporée dans un support à grande échelle tel que les tissus dans ce cas. Dans le processus de traitement Crescoating, les nanoparticules sont cultivées directement sur et dans la masse des matériaux polymères. Cette croissance en vrac permet une meilleure rétention des nanoparticules, empêchant à la fois les pertes de performance textile et les émissions de nanoparticules dans les systèmes d'eau.

Le zinc a été sélectionné pour ses nombreux avantages par rapport aux nanoparticules actuellement utilisées dans les textiles. Outre ses propriétés antimicrobiennes26, il est généralement reconnu comme sûr (GRAS) par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis, ne présente pas de toxicité environnementale ou humaine et est couramment utilisé dans des produits commerciaux allant de l'alimentation aux cosmétiques26. La démonstration des propriétés antimicrobiennes a été réalisée en testant différents textiles contre différents micro-organismes, notamment des bactéries Gram-négatives, Gram-positives et des champignons.

Les textiles nanocomposites ont été fabriqués en trempant les textiles dans une solution aqueuse de précurseur ionique, qui est traitée thermiquement pour former des nanoparticules dans la masse et sur toute la surface des tissus. La technologie utilisée ici est appelée Crescoating (Fig. 1) et commence par la formation de graines solides à partir de la solution ionique sous chauffage, suivie de leur nucléation pour former des nanoparticules définies. Le traitement thermique a été effectué à l'aide d'un four à convection qui conduit à l'évaporation de l'eau suivie de la formation de germes et de la nucléation des particules. La taille des particules peut varier de 5 à 500 nm, selon les conditions du procédé et elles s'incrustent dans les supports textiles. Cette méthode améliore la durabilité et la longévité des textiles nanocomposites, contrairement aux produits conventionnels à revêtement de surface, qui perdent leurs nanoparticules au fil du temps en raison de multiples cycles de lavage.

Comparaison du processus de revêtement par trempage conventionnel (A) avec la technologie de crescoating thermique (B). (A) Synthèse humide de nanoparticules par réduction chimique (1), trempage du textile dans la nanoparticule (2), suivi d'un lavage et d'un séchage (3). (B) Imprégnation du textile dans une solution précurseur (1), Réduction thermique par chauffage du textile à 100 °C (2), suivi d'un lavage et d'un séchage (3).

L'efficacité de cette méthode a déjà été démontrée pour l'assainissement de l'environnement à l'aide de mousse de polyuréthane et de tissus en polypropylène, polycoton et coton nylon pour leurs propriétés antivirales27,28,29,30. La figure 2 montre des images SEM de matériaux nanocomposites en polyuréthane, nylon et polyester.

Images SEM de nanocomposites plastiques produits avec un procédé de "croissance in situ". (A) Film nanocomposite zinc-polyuréthane. Les flèches bleues montrent deux morceaux du film mince nanocomposite. L'amplification d'image au niveau de la section transversale du film montre la présence de nanoparticules de zinc à l'intérieur du film. (B) Nanocomposite zinc-nylon montrant des nanoparticules de zinc incrustées dans les fibres de nylon. (C) Nanocomposite argent-polyester/coton.

Pour démontrer la polyvalence de la technologie Crescoating, le processus a été adapté à divers tissus utilisant également différentes nanoparticules métalliques (Fig. 3).

Polyvalence du processus de croissance de nanoparticules in situ en utilisant différentes nanoparticules sur différents textiles. nSe : nanosélénium, nb : nanobore, nCe : nanocérium, nFe : nanofer, nAg, nanoargent.

Dans cette étude, les supports textiles utilisés étaient la soie, le polyester synthétique, le coton nylon et le coton polyester. Des textiles naturels, synthétiques et mélangés ont été sélectionnés pour analyser l'efficacité du traitement antimicrobien sur différents types de tissus. Spécifiquement, l'ensemble de tissus choisi ci-dessus est couramment utilisé dans l'industrie du vêtement de consommation et du textile et l'incorporation d'une activité antimicrobienne dans ceux-ci serait bénéfique. La synthèse de textiles nanocomposites de zinc était basée sur une méthode précédemment développée30. En bref, les tissus ont été initialement immergés dans des solutions ioniques précurseurs de sel de zinc pendant 30 min à température ambiante. Ils ont ensuite été chauffés dans un four à convection à 100 ° C pendant 4 h en maintenant une fine couche de la solution sur eux. Des précipités blancs se sont formés sur les supports de zinc. Tout précipité non lié a été lavé en suivant la méthode LP1 de l'American Association of Textile Chemists and Colorists (AATCC) : Home Laundering et séché31.

Les nanocomposites synthétisés ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage (6700 SEM, JEOL Inc.). La figure 4 représente des nanocomposites de zinc cultivés dans des tissus en polyester. De très petites nanoparticules de zinc d'une taille ≤ 100 nm sont visibles sur le support textile. La couverture des nanoparticules sur le support n'est ni uniforme ni généralisée. Des images SEM de tissus témoins non traités peuvent être trouvées dans la figure supplémentaire S1. Les nanoparticules non liées collectées par lavage à la main des tissus nanocomposites immédiatement après la synthèse ont été analysées par cristallographie aux rayons X (D8 Discover, Bruker Corp.) dans notre étude précédente30. L'ajustement du motif a été réalisé avec le logiciel JADE for XRD (Materials Data Inc.). Les particules de zinc étaient principalement composées de deux phases cristallines d'hydroxyde de zinc (Zn(OH)2) et d'hydroxyde de carbonate de zinc (Zn5(CO3)2(OH)6 hydrozincite).

Images SEM de nanoparticules récoltées à partir de tissu polyester traité au zinc.

La formation de ces nanoparticules suit un processus en trois étapes similaire à la formation de nanoparticules d'oxyde de fer précédemment étudiées28. La synthèse thermique de nanoparticules supportées est réalisée par la formation de germes en phase solide qui nucléent pour former des nanoparticules. Pour le zinc, les précurseurs de sel subissent une hydrolyse pour former des intermédiaires hydroxydes sous la forme de Zn(OH)2. En présence de carbonate apporté par l'atmosphère et/ou par la dégradation du contre-ion acétate, des particules d'hydroxyde de carbonate de zinc se forment. Les phases d'hydrozincite et d'hydroxyde de zinc sont visibles sur les diagrammes de diffraction des rayons X30,32.

La rétention des nanoparticules de zinc dans les textiles après plusieurs cycles de lavage a été testée par une société de test tierce, Pace Analytical LLC. Des échantillons de plusieurs types de tissus de coton nanocomposite ont été soumis à la procédure de lixiviation par précipitation synthétique (SPLP). Ces tissus ont été préalablement lavés après la fabrication pour éliminer les nanoparticules libres de leur surface. Le test basé sur la préparation EPA 3010A et la méthode analytique EPA 6010B a ensuite été appliqué pour étudier la lixiviation des nanoparticules de zinc des tissus33. Les résultats de l'étude ont montré que la lixiviation de zinc la plus élevée de 106 000 µg/L se produit après le premier lavage post-fabrication pour l'un des types de coton. Toutes les autres valeurs sont inférieures et sont suivies d'une lixiviation nettement inférieure après chaque cycle de lavage ultérieur (voir informations supplémentaires, tableau S1). Cela montre que les tissus nanocomposites préparés à l'aide de la nouvelle méthode de Crescoating sont très durables. La concentration initiale de lixiviat la plus élevée est bien inférieure à 250 000 µg/L, qui est la valeur de la concentration limite de seuil soluble (STLC) pour l'État de Californie34. Sur la base de cette limite, on peut conclure que la concentration de zinc s'échappant des tissus après chaque cycle de lavage n'est pas suffisamment importante pour présenter un danger pour la santé ou l'environnement. Les différentes valeurs de lixiviation observées pour les trois types de coton différents pourraient être le résultat de différences dans la taille de leurs fibres et des processus de prétraitement tels que la mercerisation (oxydation des fibres pour une liaison métallique plus facile au métal), qui a été effectuée pour les types de coton 1 et 2.

Pour les tests antimicrobiens, des nanoparticules de zinc ont été cultivées sur des échantillons de textile en polyester, soie et nylon/coton (50:50) obtenus auprès de Testfabrics Inc. et Rockywoods Fabrics LLC, respectivement. La méthode de test AATCC 100–2004 a été utilisée pour les tests antibactériens et antifongiques des tissus fonctionnalisés. L'expérience a été réalisée en triple. Deux espèces bactériennes Pseudomonas aeruginosa (PA, ATCC 27853) (Gram-négatif) et Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) (Gram-positif) et une espèce fongique Candida albicans (CA) ont été sélectionnées pour les tests antimicrobiens. Les résultats ont été séparés en deux catégories : un test « avant lavage » effectué sur des échantillons qui ont été lavés en machine peu de temps après le traitement et un test « après lavage » avec des échantillons qui ont été soumis à plusieurs cycles de lavage et de séchage en machine. Les tests "après lavage" ont été réalisés par une société de test tierce (Voir rapport en complément d'information). Le tissu utilisé était un mélange de coton polyester et les tests ont été menés sur les espèces bactériennes Staphylococcus aureus (SA, ATCC 6538) (Gram-positif) et Klebsiella pneumoniae (KP, ATCC 4352) (Gram-négatif). Cela a été fait pour vérifier l'efficacité antimicrobienne de différents tissus nanocomposites de zinc contre divers agents pathogènes dans différentes conditions.

En bref, les échantillons de tissu ont été inoculés avec des suspensions de bactéries dans un bouillon nutritif et rincés. Ces échantillons ont été divisés en deux ensembles avec des temps d'élution différents, une élution immédiate de 0 h et une élution après une période d'incubation de 24 h. La solution éluée des tissus inoculés a ensuite été étalée et incubée pendant 24 h à 37 °C. La croissance bactérienne a été quantifiée par comptage des colonies sur des plaques comme illustré à la Fig. 5. Les résultats sont rapportés en % de réduction et calculés par la formule suivante (Eq. 1).

où A est le nombre de colonies bactériennes récupérées du tissu échantillon traité inoculé et B est le nombre de colonies bactériennes récupérées du tissu témoin non traité inoculé, toutes deux incubées pendant une période de contact définie. Pour toutes les expériences, Eq. 2 a été utilisé pour déterminer l'efficacité du test. Ce calcul est un contrôle qualitatif pour confirmer que la concentration initiale de bactéries utilisée était suffisante pour effectuer le test antimicrobien. Ce nombre doit être supérieur à 1,5.

où a est le nombre de colonies bactériennes récupérées du tissu témoin non traité immédiatement après l'inoculation et b est le nombre de colonies bactériennes récupérées du tissu témoin non traité après 24 h d'incubation après l'inoculation. Pour toutes les expériences rapportées, ces valeurs d'efficacité variaient de 1,5 à 3,5, confirmant la concentration bactérienne efficace.

Photos sélectionnées de plaques de culture cellulaire utilisées dans les tests antimicrobiens via le comptage des cellules pour les échantillons élués après 24 h avec une dilution 105X.

La procédure ci-dessus a été suivie de manière similaire pour les tests contre le pathogène fongique Candida albicans. Bien que les tests antifongiques recommandés par l'AATCC pour les textiles diffèrent de ceux des bactéries, le cycle de croissance de Candida albicans ressemble à celui des bactéries, ce qui permet des tests antifongiques à l'aide de cette version modifiée de la méthode de test AATCC 100–200435.

Les données 0-h, présentées dans le tableau 1, pour chaque textile ont montré des propriétés antibactériennes variées pour Pseudomonas aeruginosa (PA), Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (MRSA) et Candida albicans (CA). Cela pourrait être dû à l'élution rapide des inoculations microbiennes des tissus, laissant beaucoup moins de temps aux nanoparticules pour interagir avec les cellules pathogènes et réduire leur croissance de manière cohérente. Malgré cela, le pourcentage de réduction microbienne pour presque tous les échantillons variait de 32 à 91 %, ce qui indique que les tissus nanocomposites peuvent encore induire certaines propriétés antimicrobiennes. Pour le polyester nanocomposite traité avec du SARM, une valeur négative a été observée et indique qu'il y avait plus de bactéries récupérées que le contrôle. Cela pourrait être possible en raison des propriétés d'absorption variables de chaque tissu ou peut être dû à un mauvais mélange de la concentration bactérienne. "NA" est utilisé pour une valeur négative ou indique une contamination. D'autre part, les résultats d'élution sur 24 h ont montré une réduction microbienne significative dans les échantillons traités avec des textiles nanocomposites de zinc par rapport aux témoins non traités (ANOVA, p < 0,05). Les pourcentages de réduction microbienne étaient beaucoup moins variables et allaient de 98 à > 99,999 % (> 1 log10 à > 5 log10). Les pourcentages obtenus sont supérieurs ou similaires à ceux rapportés dans la littérature pour les tissus de coton antimicrobiens contre les bactéries Gram-positives S. aureus et Gram-négatives36,37. Bien que le mécanisme antimicrobien des nanoparticules de zinc ne soit pas clairement étudié, des rapports d'études antérieures ont suggéré que leurs propriétés photocatalytiques génèrent du peroxyde d'hydrogène (H2O2) par une série de réactions en présence de H2O. Ces molécules de peroxyde d'hydrogène sont toxiques pour les cellules microbiennes car elles peuvent pénétrer la membrane cellulaire et les tuer38. Il y a eu moins d'études sur l'efficacité antimicrobienne de ces textiles sur les pathogènes fongiques. Cependant, les résultats obtenus ici indiquent que ces nouveaux textiles nanocomposites peuvent également être utilisés pour des applications antifongiques.

Le coton polyester nanocomposite de zinc a été lavé en machine 50 fois selon AATCC LP1 : La méthode de lavage à domicile et les propriétés antibactériennes ont été évaluées séparément par un test tiers par Vartest Laboratories LLC. La réduction bactérienne s'est avérée être de 0 % pour Klebsiella pneumoniae (KP, Gram-négatif) et Staphylococcus aureus (SA, Gram-positif), ce qui indique que le textile nanocomposite n'a pas présenté de propriétés antimicrobiennes pendant le processus de 0 h (élution immédiate). après 50 cycles de lavage (voir tableau 2 et informations supplémentaires). Cependant, le même matériau présentait des propriétés antimicrobiennes même après 50 cycles de lavage avec une réduction bactérienne de plus de 99,999 % (5 log10) pour Klebsiella pneumoniae et Staphylococcus aureus après 24 h d'incubation (voir tableau 2 et informations supplémentaires). Bien qu'il y ait eu quelques études dans le passé sur l'application de nanoparticules d'oxyde de zinc pour la fabrication de textiles antimicrobiens, la plupart d'entre elles montrent des pourcentages de réduction microbienne bien inférieurs à la plage souhaitée de 99,999 % (5 log10) pour les échantillons lavés sur 20 cycles39,40 . D'autre part, les textiles nanocomposites de zinc préparés à l'aide de la nouvelle technique de Crescoating pourraient conserver leurs propriétés antimicrobiennes même après avoir été réutilisés plus de 50 fois à plusieurs reprises. Des tests préliminaires sur des échantillons lavés pendant 100 cycles (voir section suivante) montrent également une activité antibactérienne prometteuse. Par conséquent, ces tissus peuvent être appliqués avec succès pour fabriquer des textiles antimicrobiens dans l'industrie de la santé.

Le tissu en coton nanocomposite de zinc a été lavé 100 fois en suivant la méthode AATCC LP1 : Home Laundering. Ces échantillons ont ensuite été testés contre les bactéries Gram-positives Staphylococcus aureus selon la méthode de test AATCC 100. Les résultats des échantillons d'élution de 24 h montrent une réduction > 99,999 % (> 5 log10) indiquant que les tissus nanocomposites peuvent conserver leur comportement antimicrobien même après plusieurs lavages. Cela signifie que les nouveaux tissus nanocomposites ont une meilleure longévité et durabilité par rapport aux autres textiles antimicrobiens précédemment étudiés39,40.

Pour déterminer si les tissus nanocomposites antimicrobiens pouvaient être utilisés en toute sécurité comme vêtements, le Human Repeat Insult Patch Test (HRIPT) a été réalisé par Evalulabs LLC. Les tests ont été effectués après avoir obtenu le consentement éclairé de 50 sujets humains et ont été effectués sous la supervision d'un dermatologue agréé. Le protocole a été approuvé par le comité d'éthique et le comité d'éthique indépendant (IEC) d'Evalulab LLC avant les tests pour protéger les droits des participants humains et les tests ont été effectués conformément aux directives et réglementations en vigueur. Les résultats ont indiqué que les tissus étaient non irritants et hypoallergéniques pour la peau humaine. Le rapport complet de ce test est disponible dans les informations complémentaires.

L'acétate de zinc dihydraté (Sigma Aldrich, USA) a été utilisé comme précurseur. Les supports de tissu textile utilisés étaient le coton polyester, le coton nylon (tissu ripstop camouflage en coton nylon 50/50) (Rockywoods Fabrics LLC), le tissu adjacent en soie, 60 g/m2 (ISO 105-F06, Testfabrics Inc.,) et le tissu adjacent en polyester synthétique. , 130 g/m2 (ISO 105-F04, Testfabrics Inc.). Pour la synthèse sur des textiles nanocomposites de zinc, des solutions de sels de zinc ont été préparées dans de l'eau déionisée filtrée avec une conductivité d'environ 18 mégohm cm-1 (SpectraPure, USA). Dans un processus de synthèse typique, les tissus ont été immergés dans les solutions pendant 30 min à température ambiante. Ensuite, les tissus ont été chauffés à 100 °C dans un four à convection (Modèle FDL 115, BINDER GmbH, Tuttlingen, Allemagne) pendant 4 h.

Les souches bactériennes utilisées pour les tests étaient les Staphylococcus aureus subsp. aureus (ATCC 6538) et Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline, le Pseudomonas aeruginosa à Gram négatif (ATCC 27 853) et le champignon Candida albicans. Tous les organismes ont été cultivés dans un bouillon de soja trypsique (TSB) suivi d'une dilution en série pour atteindre une concentration finale de 105 UFC/ml pour l'inoculation sur tissu. La concentration a été confirmée par la méthode de comptage sur plaque préparée en triple exemplaire. Le Gram positif Staphylococcus aureus subsp. aureus (ATCC 6538) et le Gram négatif Klebsiella pneumoniae (ATCC 4352) ont été utilisés pour des tests tiers.

La performance antimicrobienne a été quantifiée à l'aide d'une forme modifiée de la méthode de comptage sur plaque décrite dans la méthode d'essai AATCC 100–2004. Les matériaux testés pour l'activité antimicrobienne étaient des textiles nanocomposites de zinc, qui comprennent des tissus en soie, en coton nylon et en polyester (PE). Les tests ont été réalisés sur des échantillons ayant été lavés une fois en machine après fabrication, considérés comme des échantillons "avant lavage" et ceux ayant subi des cycles de lavage et de séchage en machine considérés comme des échantillons "après lavage". Les témoins étaient des tissus non traités. Un échantillon de tissu non traité et un échantillon de tissu traité ont été placés chacun dans des boîtes de Pétri séparées de 60 mm x 15 mm. Les échantillons ont été coupés uniformément à la mesure de 4 x 2,5 cm. Les tissus non traités et traités ont ensuite été inoculés avec une concentration de 105 UFC/ml de chaque souche microbienne telle que préparée précédemment. Le but de cette inoculation est d'imbiber complètement l'échantillon de tissu avec la culture. Les boîtes de pétri ont ensuite été scellées avec du parafilm et incubées pendant 24 h à 37 °C. Pour les tests d'élution immédiate de 0 h, les échantillons ont été préparés de manière similaire et immédiatement transférés dans des tubes contenant 5 ml de solution saline équilibrée de Hank (tampon HBSS). La culture microbienne a ensuite été complètement éluée des échantillons via un vortex approfondi. Ensuite, les échantillons ont été retirés de la solution tampon HBSS. Les échantillons incubés pendant 24 h ont été élués de la même manière. Un tube de 5 mL de solution HBSS a été ensemencé directement avec la culture microbienne et a servi de témoin. Tous les échantillons élués ont été dilués en série à l'aide de HBSS, trois fois pour les échantillons d'élution immédiate et cinq fois pour les échantillons d'élution de 24 h et étalés sur de la gélose trypsique de soja (TSA) suivie d'une incubation à 37 ° C pendant 18 à 24 h.

Le nombre de colonies microbiennes a été compté après incubation et le pourcentage de réduction a été calculé comme décrit précédemment.

Pour d'autres tests de lavage, les textiles en coton polyester nanocomposite ont été soumis à des cycles de lavage selon AATCC LP1 : méthode de lavage à domicile dans une machine à laver (Vortex M6, SDL Atlas) suivis de cycles de séchage dans un sèche-linge (Vortex M6D, SDL Atlas). Cette méthode implique un cycle de lavage de 16 min avec de l'eau chaude à haute agitation suivi d'un rinçage pendant 2 min 30 s, d'un essorage pendant 5 min et enfin de cycles de séchage par culbutage à haute température. Le poids total de la charge des tissus était de 1,8 ± 0,1 kg et le niveau d'eau était de 72 ± 4 L. Un détergent liquide standard de référence à haute efficacité AATCC a été utilisé pour toutes les étapes de lavage. Les échantillons ont été soumis à 50 et 100 cycles de lavage pour tester leur durabilité et leur longévité.

Les tests antimicrobiens ont été réalisés en triple exemplaire pour des périodes de contact de 0 h et de 24 h. Les moyennes géométriques et les écarts-types ont été calculés et utilisés pour l'analyse statistique. L'ANOVA unidirectionnelle a été utilisée pour effectuer l'analyse de la variance et les différences significatives dans les moyennes ont été testées à la signification = 0,05.

Une nouvelle technologie de Crescoating a été appliquée comme technique prometteuse pour synthétiser des tissus nanocomposites antimicrobiens hautement efficaces. Des tests antimicrobiens effectués sur des textiles nanocomposites de zinc contre des bactéries et des champignons Gram-positifs et Gram-négatifs ont montré une réduction microbienne > 99,999 % (> 5 log10). Les tissus sont également sûrs, très durables et peuvent être réutilisés sur 100 cycles de lavage/séchage sans perte de fonctionnalité. Des tests dermatologiques tiers ont montré que les matériaux en tissu nanocomposite sont non irritants et hypoallergéniques pour la peau humaine. Par conséquent, ces tissus peuvent être utilisés avec succès comme textiles médicaux tels que le linge d'hôpital et les blouses chirurgicales, ce qui peut aider à lutter contre les infections nosocomiales et la transmission des maladies dans les établissements de santé.

Les ensembles de données générés pendant et/ou analysés pendant l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Les auteurs sont reconnaissants du soutien financier de l'Institut national de l'alimentation et de l'agriculture de l'USDA, du projet Hatch 1006789 et de la bourse d'études supérieures de Schwan Food Company (A. Abbas), du prix Centers for Disease Control and Prevention # 75D30121C10530, de l'USDA Small Business Subvention de recherche sur l'innovation #2020-33610-32483 et subvention de transfert de technologie pour les petites entreprises du département de la Défense de l'armée américaine #W911QY-19-P-0180 (Claros Technologies Inc.). Le travail présenté ici fait l'objet d'une demande de brevet international n° PCT/US2016/056850 et d'une demande de brevet américain n° 63/123 814 "Antimicrobial and Antiviral Nanocomposite Sheets".

Département de génie des bioproduits et des biosystèmes, Université du Minnesota Twin Cities, 2004 Folwell Ave, St. Paul, MN, 55108, États-Unis

Vinni Thekkudan Novi & Abdennour Abbas

Claros Technologies Inc., 1600 Broadway St NE, Suite 100, Minneapolis, MN, 55413, États-Unis

Andrew Gonzalez, John Brockgreitens et Abdennour Abbas

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VTN a conçu et mené toutes les expériences de test antimicrobien et a rédigé le manuscrit. AG et JB ont préparé et caractérisé les textiles nanocomposites. AA a conçu le plan expérimental et supervisé le projet.

Correspondence to Abdennour Abbas.

Le textile antimicrobien décrit dans cet article est commercialisé par Claros Technologies sous la marque ZioShield. Le Dr Abdennour Abbas détient des actions et est le fondateur et directeur de la technologie de Claros Technologies Inc., qui détient une licence de l'Université du Minnesota pour commercialiser la technologie décrite dans ce manuscrit. Andrew Gonzalez détient des actions et est l'ingénieur principal des matériaux de Claros Technologies. Le Dr John Brockgreitens détient des actions et est le directeur de la recherche et du développement de Claros Technologies. L'Université du Minnesota détient également des participations et des redevances dans Claros. Ces intérêts ont été examinés et gérés par l'Université du Minnesota conformément à ses politiques sur les conflits d'intérêts. Aucun autre auteur n'a de conflit d'intérêts.

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Réimpressions et autorisations

Novi, VT, Gonzalez, A., Brockgreitens, J. et al. Textiles nanocomposites antimicrobiens hautement efficaces et durables. Sci Rep 12, 17332 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-22370-2

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Reçu : 11 juillet 2022

Accepté : 13 octobre 2022

Publié: 15 octobre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-22370-2

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