Bi bioinspiré

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13290 (2023) Citer cet article

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En imitant grossièrement la conception architecturale de la surface des ailes de libellule, de nouvelles nanofleurs 3D biphasiques de MgO/Mg(OH)2 ont été synthétisées avec succès via la technique d'électrofilage. Les nanofleurs 3D ont été recouvertes d'une éponge de mélamine commerciale et largement caractérisées par SEM, XRD, FTIR et EDS. La formation de nanopétales 3D denses et distincts a été révélée par des images SEM, dans lesquelles l'épaisseur moyenne des pétales et la distance moyenne entre les pétales adjacents se sont révélées être respectivement de 36 nm et 121 nm. Les activités bactéricides d'éponges de mélamine recouvertes de nano-fleurs 3D synthétisées ont été évaluées contre cinq bactéries différentes (Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae et Pseudomonas aeruginosa). Cette étude a démontré une activité bactéricide significative des nanofleurs 3D MgO/Mg(OH)2 recouvertes de MS contre les bactéries Gram-positives et Gram-négatives. Les mécanismes bactéricides plausibles comprennent la déformation de l'enveloppe, la pénétration et l'induction du stress oxydatif. Cette étude introduit un nouveau biomatériau bioinspiré capable de réduire le risque associé aux infections bactériennes pathogènes, en particulier dans les dispositifs médicaux.

Les surfaces antibactériennes sont très demandées pour les applications biomédicales visant à réduire les infections associées aux dispositifs médicaux implantés, qui coûtent près de 5 à 10 milliards de dollars par an1. Plusieurs nanoparticules telles que celles d'oxyde de titane, d'oxyde de zinc et d'argent ont montré une activité bactéricide raisonnable contre un large spectre de souches bactériennes2,3. Cependant, les effets cytotoxiques associés à l’accumulation de nanoparticules à base d’éléments de métaux lourds dans le corps humain ont soulevé de sérieuses inquiétudes quant à leur utilisation comme agents bactéricides4,5. Bien que le revêtement des dispositifs biomédicaux avec des agents biocides tels que l'argent et les antibiotiques soit une approche biochimique conventionnelle ; Parallèlement, l’utilisation excessive d’antibiotiques rend les bactéries résistantes aux médicaments et provoque des infections chroniques6. On estime que près de 10 % des patients qui subissent une chirurgie implantaire médicale développent des infections bactériennes aiguës causant en moyenne 0,1 million de décès aux États-Unis7. Une fois que l’infection se produit à l’interface implant biomédical-tissu, le retrait du dispositif médical et/ou de l’implant par chirurgie secondaire devient inévitable. Cela provoque non seulement un inconfort pour le patient, mais augmente également le coût des soins de santé8. Avec l’utilisation excessive d’antibiotiques, l’émergence toujours croissante de souches bactériennes résistantes aux antibiotiques a rendu nécessaire la découverte de nouvelles stratégies antibactériennes et d’agents bactéricides9.

Au cours de la dernière décennie, la modification des surfaces à l’échelle nanométrique a offert de nouvelles voies pour la création de topographies antibactériennes10. Par exemple, les structures basées sur des rainures, des crêtes et des ondulations ont montré un énorme potentiel pour atténuer la formation de biofilm en réduisant l’adhésion bactérienne 10,11. Récemment, la découverte de l’activité biocide de nanoarchitectures naturelles à rapport d’aspect élevé qui apparaissent à la surface des ailes d’insectes tels que les cigales et les libellules a déclenché la recherche de nouvelles topographies de nanomatériaux antibactériens12. Les interactions physiques entre les agents pathogènes attachés et les topographies à l’échelle nanométrique déterminent l’activité antimicrobienne de ces surfaces13. Outre les ailes d’insectes, d’autres surfaces naturelles anti-biofouling et autonettoyantes comprennent les feuilles de riz14, les feuilles de lotus15, la peau de gecko16 et la peau de requin17,18. Inspirées par la nano-architecture bactéricide des matériaux naturels, des nano-saillies ont été développées avec succès avec du titane19,20, de l'or21, du diamant22, du silicium noir23 et du poly(méthacrylate de méthyle)24. Presque toutes ces nanoarchitectures artificielles présentent une excellente activité biocide envers les bactéries Gram-positives et Gram-négatives.