New compositions of nanostructured composite coatings to confer antimicrobial properties to fibre-based materials

Bacteria, virus, fungi and mold have been responsible for contaminating the environment causing many diseases amongst humans with their propensity to develop new strains/variants against antibiotics and antiviral drugs. This has led to an urgent need to find new ways to counter them While medicinal drugs are a reactive action to microbial attack, the purpose of scientifically tested techniques must be to destroy microorganisms before they uncontrollably spread. One method to ensure that is by conferring the surfaces of objects around us with antimicrobial abilities. A few metal nanoparticles have showcased their ability to fight microbes, and the aim of this work was to deposit a nanostructured composite coating of silica with embedded antimicrobial nanoparticles of copper and zinc on various substrates such as for air filtration such as metallic filter, glass-fiber filter, polymeric membrane and cotton using the Radio Frequency ¬(RF) magnetron co-sputtering technique. After optimizing some process parameters like power on the targets, being other parameters already optimized, the coatings were successfully deposited on all the selected substrates. while the composition and morphology were analyzed by means of energy dispersive X Ray spectroscopy (EDS) and field emission scanning election microscopy (FESEM) respectively. The presence of a SiO2 matrix completely embedding the metal nanoclusters was further confirmed with the help of X ray diffraction (XRD) and UV-Vis spectroscopy. The release of Cu2+ and Zn2+ ions was observed in water at RT, and the antimicrobial behavior of the coating was analyzed on each substrate through the inhibition halo test and the colony forming unit (CFU) counting tests against Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli and Candida albicans. Only the glass fibre filter coated with silica containing zinc nanoparticles showed antimicrobial effect against S. epidermidis. It also prevented the growth of C. albicans on its surface. More investigation will be done in the future in order to improve the antimicrobial activity of silica coating containing copper and zinc nanoclusters

Microorganismi quali batteri, virus, funghi e muffe sono stati responsabili della contaminazione dell'ambiente e di molte malattie tra gli esseri umani, data anche la loro propensione a sviluppare nuovi ceppi/varianti contro antibiotici e farmaci antivirali. Per questo c’è sempre un urgente bisogno di trovare nuove soluzioni per contrastarli Mentre le medicine sono un'azione reattiva all'attacco microbico, lo sviluppo di nuovo tecniche e metodologie scientifiche lo scopo di ridurre la vitalità dei microrganismi prima che si diffondano in modo incontrollabile. Un metodo per garantire ciò è conferire alle superfici degli oggetti intorno a noi capacità antimicrobiche. Alcune nanoparticelle metalliche hanno mostrato effetti antibatterici e lo scopo di questa tesi è quello di depositare un rivestimento composito nanostrutturato di silice in cui sono incorporate a nanoparticelle di rame e zinco, su vari substrati per la filtrazione dell’aria quali un filtro metallico, un filtro in fibra di vetro, una membrana polimerica, e cotone utilizzando la tecnica di co-sputtering a radiofrequenza ¬(RF). Dopo aver ottimizzato alcuni parametri di processo come le potenze sui target, essendo gli altri parametri già precedentemente ottimizzati, i rivestimenti sono stati depositati con successo su tutti i substrati selezionati e il loro composizione e la morfologia sono state analizzate rispettivamente mediante spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS) e microscopia a scansione di emissione di campo (FESEM). La presenza di una matrice di SiO2 i nanoclusters metallici sono stati ulteriormente confermati con l'aiuto della diffrazione dei raggi X (XRD) e della spettroscopia UV-Vis. È stato osservato il rilascio di ioni Cu2+ e Zn2+ in acqua a temperatura ambiente e il comportamento antimicrobico del rivestimento è stato analizzato su ciascun substrato tramite il test dell'alone di inibizione e i test di conteggio delle unità formanti colonie (CFU) nei confronti di Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli e Candida albicans. Solo il filtro in fibra di vetro rivestito con silice e nanoparticelle di zinco ha mostrato un leggero effetto antibatterico contro S. epidermidis. Ha anche impedito la crescita di C. albicans sulla sua superficie. In futuro verranno svolte ulteriori prove per migliorare e aumentare l’effetto antibatterico dei rivestimenti di silice con nanoclusters di rame e zinco.