A Ascensão Rápida de Materiais Antibacterianos e Antimicrobianos: Moldando o Futuro da Saúde e Segurança

A emergência de novos agentes infeciosos tornou-se uma preocupação significativa — agora mais do que nunca enquanto o mundo enfrenta consequências de saúde e económicas trazidas por uma pandemia global. O desenvolvimento e uso de materiais antimicrobianos só deverá aumentar à medida que empregamos medidas mais rigorosas no controlo do nosso ambiente e na prevenção de futuros surtos.

Impulsionado pela crescente consciencialização sobre segurança e manutenção da saúde, a indústria global de revestimentos antimicrobianos antecipa um aumento acentuado da procura, conforme relatado pela Global Market Insights.

O mercado de materiais e revestimentos antibacterianos foi avaliado em mais de 3 mil milhões de dólares em 2017. Espera-se que registe uma taxa de crescimento anual composta de cerca de 12,5% entre 2018-2024, atingindo 7 mil milhões de dólares até ao final de 2024.

Agentes infeciosos são geralmente espalhados através de gotículas aerotransportadas produzidas por espirros ou tosse. Estes fluidos corporais podem depositar-se em superfícies, e transmissão pessoa-a-pessoa é possível se um indivíduo tocar nestas gotículas respiratórias.

Num estudo conduzido por Neely e Maley, patógenos como Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA) e enterococo resistente à vancomicina foram encontrados a sobreviver por um dia em materiais usados em hospitais.

Alguns micróbios viveram mesmo por mais de 90 dias. Estes microrganismos são endémicos em unidades de cuidados intensivos (UCI) e estão associados a uma maior probabilidade de doença e morte. Desinfetantes, como peróxido de hidrogénio, não são ideais devido ao seu efeito residual limitado e questões de toxicidade ambiental.

Esta estrutura atual exige uma necessidade de explorar materiais que possam fornecer atividade antimicrobiana, reduzindo assim a ocorrência de possíveis surtos.

O material antibacteriano ideal

Materiais antibacterianos contêm agentes antimicrobianos capazes de inibir ou matar micróbios na sua superfície ou nas suas imediações. Podem ser polímeros antimicrobianos, plásticos antibacterianos, nanomateriais antimicrobianos, ou cerâmicas antimicrobianas.

Um material antimicrobiano ideal representa as seguintes características:

• seguro para usar;
• barato e fácil de sintetizar;
• cobre uma ampla gama de atividade antimicrobiana;
• altamente estável por períodos prolongados;
• insolúvel em água (se usado em desinfeção de água);
• não suscetível a decomposição;
• não deve libertar produtos tóxicos.

Tipos de materiais e revestimentos antimicrobianos

1. Polímeros antimicrobianos

As propriedades macromoleculares versáteis de um polímero tornam-no uma opção favorável contra contaminação microbiana, particularmente no campo biomédico. Também conhecidos como biocidas poliméricos, polímeros antimicrobianos podem inibir o crescimento de microrganismos causadores de doenças.

Materiais que exibem ação antimicrobiana sem quaisquer refinamentos e têm propriedades auto-higienizantes inerentes são chamados materiais antimicrobianos intrínsecos. Polímeros naturais, polímeros com grupos guanidina, polímeros contendo átomos de nitrogénio quaternário, polímeros contendo halogéneos, e polímeros que imitam péptidos naturais são alguns dos muitos materiais poliméricos com atividade antimicrobiana intrínseca.

Alguns polímeros naturais incluem quitina, heparina, e e-polisina. Materiais à base de quitina são vistos com potencial promissor devido à sua biodegradabilidade, não toxicidade, biocompatibilidade, e atividade antimicrobiana.

Conferir atividade antimicrobiana a polímeros também é possível através de modificações químicas. Algumas modificações incluem incorporação covalente de antimicrobianos de menor peso molecular, acoplamento de péptidos antimicrobianos, e enxertia de polímeros naturais em polímeros sintéticos.

Embalagem alimentar antimicrobiana polimérica está a fazer o seu caminho à medida que empresas mudam para embalagens antibacterianas para um produto mais seguro e vida de prateleira aumentada.

Outras aplicações de polímeros antimicrobianos podem ser encontradas em remediação de bolor, revestimentos em pó, e a indústria da construção.

2. Plásticos antibacterianos

a) Plásticos antimicrobianos

Um plástico antimicrobiano é um material polimérico sintético contendo aditivos antimicrobianos, que o tornam eficaz contra crescimento microbiano. Exibe propriedades antibacterianas ao perturbar a comunicação célula-a-célula através da formação de superfícies antiaderentes, matando assim bactérias.

Plásticos antimicrobianos em uso comercial, como cadeiras altas, filtros de água, e recipientes de armazenamento de alimentos, são mais duráveis que plásticos sem quaisquer ingredientes ativos antimicrobianos. Os aditivos misturados em polímeros termoplásticos e termoendurecíveis funcionam para minimizar a presença de microrganismos que causam a degradação mais rápida do plástico, prolongando assim a vida útil funcional de um plástico. Alguns materiais plásticos compatíveis incluem polipropileno (PP), policarbonato (PC), poliestireno (PS) e polietileno (PE/PEBD).

b) Bioplásticos antimicrobianos

Albumina, soja, e proteína de soro servem como matérias-primas favoráveis para o fabrico de bioplásticos. Plásticos à base de albumina impedem o crescimento de E. coli e bacillus subtilis na sua superfície, enquanto imunoglobulinas e glicomacropeptídeos encontrados na proteína de soro ligam a toxina e previnem infeção microbiana.

Existem também métodos de teste disponíveis para determinar se plásticos de albumina ou soro podem ser usados em sistemas de saúde, como em embalagem de produtos médicos e testes de infeção para aplicações médicas.

3. Cerâmicas antimicrobianas

Uma cerâmica antimicrobiana é um material sólido não metálico incorporado com um aditivo no seu vidrado que a torna resistente a crescimento bacteriano. Num estudo conduzido por Drelich et al., demonstrou-se que uma cerâmica infundida com cobre poderia servir como um produto antibacteriano promissor para desinfeção de água.

Cobre e compostos de cobre alegam matar uma variedade de microrganismos, incluindo bactérias (gram positivas e negativas), fungos, vírus (envelopados e não envelopados), leveduras, e esporos.

É capaz de matar 99,9% de bactérias nocivas dentro de duas horas e continuar a matar mais de 99% de bactérias independentemente de exposição repetida à superfície de cobre, segundo a Associação de Desenvolvimento do Cobre (CDA). Populações de Klebsiella pneumoniae e Staphylococcus aureus em água contaminada, quando expostas à pedra cerâmica antimicrobiana porosa infundida com cobre, foram reduzidas em >99,9% em 3 horas.

Aplicações de cerâmicas antibacterianas podem ser encontradas em lavatórios, banheiras, sanitas, chuveiros, e eletrodomésticos de cozinha.

4. Nanomateriais antimicrobianos

a) Nanopartículas orgânicas e inorgânicas

Nanopartículas orgânicas podem eliminar micróbios libertando agentes antimicrobianos ou superfícies catiónicas de morte por contacto. Numa experiência conduzida por Jones et al., Poli-epsilon-caprolactona (PCL) foi misturada com poli(N-Vinilpirrolidona)-iodo, conferindo propriedades antibacterianas aos biomateriais como resultado, sem qualquer alteração nas propriedades mecânicas ou reológicas. A degradação de PCL também promoveu antiaderência de Escherichia coli.

Nanopartículas inorgânicas são mais estáveis a temperaturas mais altas que as suas contrapartes orgânicas, permitindo-lhes suportar condições de processamento severas. Como resultado, nanopartículas inorgânicas são frequentemente usadas como materiais antimicrobianos.

b) Nanopartículas de óxido metálico

Nanopartículas de óxido metálico causam danos na membrana celular por interação eletrostática. Fuga de protões induz geração de espécies reativas de oxigénio que danificam biomoléculas orgânicas como lípidos, carboidratos, ácidos nucleicos, e proteínas, causando assim morte microbiana.

Óxido de alumínio mostrou inibição de crescimento de Escherichia coli. Trióxido de antimónio é também tóxico para micróbios Staphylococcus aureus e Bacillus subtilis. Outras nanopartículas de óxido metálico como óxido de cobalto, óxido de ferro, óxido de magnésio, óxido de zinco, dióxido de titânio, e nanopartículas de prata também mostraram resultados promissores de atividade antimicrobiana.

Nanopartículas de prata têm excelentes propriedades antibacterianas comparadas a outros metais. A forte ligação de iões de prata com grupos tiolato de proteínas e enzimas celulares tornam-nas um aditivo ideal em tecidos de saúde como máscaras faciais, cortinas de privacidade, pensos, pensos de feridas, lençóis, e outros têxteis relacionados com saúde. Em 2015, o uso de prata em revestimentos em pó antimicrobianos representou 50% da receita total da indústria. Também se espera que gere 2 mil milhões de dólares até 2024.

O que vem a seguir?

É apenas uma questão de tempo até materiais antibacterianos, particularmente no mercado de revestimentos de superfície, ganharem mais tração como matéria-prima primária caso os governos implementem normas mais rigorosas na imposição de medidas de auto-higienização.

Além disso, a sua aplicação em muitas indústrias como construção, embalagem alimentar, têxteis, remediação de bolor, mobiliário, utensílios de cozinha, e automóvel fortalecerá ainda mais a sua posição no mercado global.