Aplicación de grafeno en recubrimientos antifouling

Abstract

La adherencia de microorganismos sobre diferentes materiales y el desarrollo de “biofilms” generan problemas de biocorrosión, pérdida de rendimiento de equipos, biodeterioro de materiales, etc. Puede afectar el normal funcionamiento de sistemas como tuberías de distribución de agua, equipamiento industrial o dispositivos biomédicos. Dado que la adherencia microbiana es requisito para que se genere el biofilm, tiene un importante impacto evitar, o al menos reducir, la contaminación biológica del sistema. Algunos enfoques eficaces para reducir esta problemática son: i) alterar las propiedades de la superficie de los materiales base de modo que sean menos afines con los microorganismos, ii) incorporar nanopartículas, y/o biocidas de origen natural en recubrimientos, iii) desarrollar nuevos recubrimientos con grafeno, entre otros. El grafeno (G) fue el primer material 2D aislado y caracterizado. Este nanocarbón exhibe propiedades químicas y físicas inusuales y únicas, en comparación a su contraparte el grafito. Desde su descubrimiento la comunidad científica esta trabajando en su aplicación en el diseño de materiales para sensado químico/biológico, catálisis, por mencionar sólo algunas. Pero poco se ha explorado sobre los efectos antimicrobianos que posee el G sobre bacterias formadoras de biofilms en materiales de importancia industrial y patrimonial. El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto del G en la adherencia bacteriana y formación de biofilms sobre acero al carbono SAE 1010 y vidrio. La cubierta de G fue obtenida por la técnica CVD (chemical vapor deposition). La adherencia bacteriana y la formación del biofilm se ensayaron utilizando Pseudomonas sp. y Desulfovibrio. La inhibición de la adherencia bacteriana sobre los materiales cubiertos con G se analizó utilizando microscopia electrónica de barrido (MEB). Pudo observarse que en el acero al carbono SAE 1010, la película de G disminuyó la adherencia de ambas cepas bacterianas a la superficie metálica, no observándose este comportamiento sobre el vidrio.

Adherence of microorganisms to surface of different materials and the subsequent development of biofilms generate several problems including biocorrosion, loss of equipment performance, deterioration of products, biodeterioration of materials, etc. Microbial adherence may affect the normal functioning of different systems including water distribution pipes, industrial equipment or biomedical devices. Given that adherence of microorganisms to surfaces is required for biofilm formation, preventing microbial adhesion is of major importance to avoid or at least reduce biological contamination of the system. Efficient proposals to solve this problem include: i) to alter the surface properties of the base materials, ii) to incorporate nanoparticles, and/or biocides of natural origin to coatings, iii) to develop new coatings using graphene, among other. Graphene (G) was the first 2D material to be isolated and characterized. This nanocarbon shows unusual and unique chemical and physical properties compared with its counterpart, the graphite. Since the discovery of graphene the scientific community has been actively working on the application of this nanocarbon in the design of materials for chemical/biological sensing, to name a few. However, there has been little discussion on the antimicrobial effects of G on bacteria forming biofilms in materials of industrial and patrimonial importance The aim of this study was to determine the effect of G coating in bacterial adherence and biofilms formations on 1010 carbon steel and on glass. G was obtained by the CVD technique (chemical vapor deposition). Bacterial adherence and biofilm formation were tested using two bacteria Pseudomonas sp. and Desulfovibrio vulgaris. Inhibition of bacterial adherence on materials covered with G was analyzed using scanning electronic microscopy (SEM). Results from the analysis revealed that the G film caused a reduction on the adherence of both bacteria to the steel surface. No reduction in the adherence on glass samples was observed.