Name: An Antimicrobial Fabric Using Nano-Herbal Encapsulation of Essential Oils (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-04-07T14:35:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Antimicrobial Fabric Using Nano-Herbal Encapsulation of Essential Oils at JoVE.com

O presente estudo foi financiado por "Applied Research, Innovation and Entrepreneurship Services" (ARIES), Centennial College, Canadá.

1. Preparação de nanopartículas
<ol><li>Encapsulação nano-herbal<ol><li>Preparar 50 mL de ácido acético a 1% (v/v). CUIDADO: O ácido acético glacial é um irritante, que pode causar queimaduras graves na pele e danos nos olhos. Use um jaleco completo, luvas de nitrilo e óculos de proteção, e trabalhe sob um exaustor.</li>
		<li>Preparar solução de quitosana (1,2% p/v) dissolvendo 0,6 g de flocos de quitosana (peso molecular médio) em 50 mL de ácido acético a 1% (preparado acima). Ag...

Antimicrobial Efficacy of Nano-Herbal-Coated Fabrics

<ol>
	<li>Schmidt-Emrich, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+assay+to+assess+bacterial+adhesion+on+textiles.">Rapid assay to assess bacterial adhesion on textiles.</a> Materials. 9 (4), 249 (2016).</li><li>Qaday, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+contamination+of+medical+doctors+and+students+white+coats+at+Kilimanjaro+Christian+Medical+Centre,+Moshi,+Tanzania.">Bacterial contamination of medical doctors and students white coats at Kilimanjaro Christian Medical Centre, Moshi, Tanzania.</a> International Journal of Bacteriology. 2015, 507890 (2015).</li><li>Treakle, A. 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D., Sayed, U., Parte, S., Korgaonkar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+advanced+textile+finishes+using+nano-emulsions+from+herbal+extracts+for+organic+cotton+fabrics.">Development of advanced textile finishes using nano-emulsions from herbal extracts for organic cotton fabrics.</a> Coatings. 11 (8), 939 (2021).</li><li>Mart&#237;nez-Hern&#225;ndez, G. B., Amodio, M. L., Colelli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carvacrol-loaded+chitosan+nanoparticles+maintain+quality+of+fresh-cut+carrots.">Carvacrol-loaded chitosan nanoparticles maintain quality of fresh-cut carrots.</a> Innovative Food Science &amp; Emerging Technologies. 41, 56-63 (2017).</li><li>Zhang, H. L., Wu, S. H., Tao, Y., Zang, L. Q., Su, Z. 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L., Dondi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TiO2+nanosols+applied+directly+on+textiles+using+different+purification+treatments.">TiO2 nanosols applied directly on textiles using different purification treatments.</a> Materials. 8 (11), 7988-7996 (2015).</li><li>Poole, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pseudomonas+aeruginosa:+resistance+to+the+max.">Pseudomonas aeruginosa: resistance to the max.</a> Frontiers in Microbiology. 2, 65 (2011).</li><li>Pinho, E., Magalh&#227;es, L., Henriques, M., Oliveira, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antimicrobial+activity+assessment+of+textiles:+standard+methods+comparison.">Antimicrobial activity assessment of textiles: standard methods comparison.</a> Annals of Microbiology. 61 (3), 493-498 (2010).</li><li>Venkatraman, P. D., Sayed, U., Parte, S., Korgaonkar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+antimicrobial+finishing+of+organic+cotton+fabrics+using+nano-emulsions+derived+from+Karanja+and+Gokhru+plants.">Novel antimicrobial finishing of organic cotton fabrics using nano-emulsions derived from Karanja and Gokhru plants.</a> Textile Research Journal. 92 (23-24), 5015-5032 (2022).</li></ol>

A eficácia antimicrobiana dos biocidas é convencionalmente testada por ensaios quantitativos, como concentração inibitória mínima (CIM) e concentração bactericida mínima (CBM), nos quais as bactérias são imersas em um líquido antimicrobiano por 24 horas. No entanto, esses ensaios não são adequados para tecidos revestidos, onde a interface líquida é insuficiente e os biocidas são difundidos lentamente ao longo das fibras do tecido. Portanto, muitos testes de tecido padrão foram estabelecidos, como AATCC ...

O jaleco branco de proteção é um item obrigatório de equipamento de proteção individual (EPIs) em laboratórios de microbiologia e unidades de saúde, e protege da exposição direta a patógenos, derramamentos e queimaduras. Estes casacos de algodão promovem o crescimento microbiano devido a muitos fatores - o tecido fornece locais de fixação e aeração, algodão e amido usados no processo de fabricação, juntamente com células epiteliais esfoliadas do usuário fornecem nutrientes, e a proximidade com o usuário dá calor e umidade. O acúmulo de micróbios nos têxteis também pode causar problemas de saúde, como alergias e infecções nosocomiais, odores desagradáveis e deterioração do tecido1.
Ao contrário das roupas comuns, os jalecos protetores são pouco lavados ou desinfetados, como encontrado em muitos inquéritos 2,3. Muitos estudos mostram evidências de que o jaleco atua como vetor de transmissão microbiana e o risco de infecções hospitalares no ambiente de assistência à saúde2,4, particularmente cepas resistentes3 como Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA); assim, levantam preocupações sanitárias com os EPIs, que se destinam a proteger da contaminação microbiana. Não há estudos transversais suficientes sobre infecções associadas ao jaleco no contexto de instalações de Nível de Biossegurança 2 (BSL-2) ou laboratórios de ensino de microbiologia, mas muitas autoridades regulatórias restringem o uso de jalecos dentro do nível de contenção. No entanto, muitas instituições acadêmicas na América do Norte lutam para atender aos requisitos devido a restrições práticas, como lavagem e armazenamento dentro das instalações, os incidentes de uso de jalecos em áreas públicas, como lanchonetes e bibliotecas, são comuns. Uma solução prática para essas questões é a aplicação de antimicrobianos no acabamento têxtil.
Os tecidos antimicrobianos estão ganhando cada vez mais popularidade em roupas esportivas, roupas ativas e meias, principalmente destinadas a reduzir o odor corporal. No entanto, o uso desses tecidos não é comum no desenvolvimento de EPIs, exceto para algumas máscaras de algodão revestidas de prata e roupas de saúde5. Relatamos o desenvolvimento de um tecido antimicrobiano para jalecos, que inibe patógenos comuns encontrados em laboratórios BSL-2 e fornece proteção eficaz contra a contaminação cruzada de patógenos comuns.
Atualmente, uma variedade de tecidos e acabamentos antimicrobianos está disponível no mercado, mas a maioria deles utiliza partículas coloidais de metais pesados (por exemplo, prata, cobre, zinco), organometálicos ou produtos químicos sintéticos, como triclosan e compostos de amônio quaternário, que não são ecologicamente corretos1 e podem levar a problemas de saúde, como irritação da pele e alergias6. Algumas formulações sintéticas apresentam preocupações devido a micróbios não alvo, como flora normal ou indução de resistência antimicrobiana (RAM). A Food and Drug Administration (FDA) dos EUA regulamenta os tecidos antimicrobianos comerciais, que devem ser atóxicos para o usuário e livres de ecotoxicidade. Portanto, tecidos antimicrobianos à base de biocidas naturais que inibem um amplo espectro de micróbios são preferíveis. Os óleos essenciais (OEs) são amplamente utilizados como agentes antimicrobianos e terapêuticos, mas seu uso no acabamento antimicrobiano é limitado devido à sua durabilidade 6,7,8. Com base em nosso conhecimento e pesquisa de mercado sobre acabamento nano-herbal8, nenhum tecido antimicrobiano à base de ervas está comercialmente disponível. Isso porque os revestimentos sintéticos são fáceis de fabricar e possuem longa durabilidade. Alguns tecidos nano-revestidos com ervas relatados apenas para fins de pesquisa incluem nim7, moringa 9 e folhas de curry9.
O presente estudo utiliza dois componentes bioativos extraídos dos OEs orégano, o carvacrol e o timol, que são eficazes contra uma ampla gama de patógenos bacterianos e vírus, mas geralmente reconhecidos como seguros para humanos10. No entanto, esses componentes bioativos são voláteis e, portanto, seu potencial antimicrobiano é de curta duração se aplicado diretamente no tecido. O encapsulamento nano-herbal é um processo no qual componentes bioativos ou fármacos são carregados dentro de uma casca polimérica que protege o núcleo da degradação ambiental e, assim, aumenta a vida útil. Além disso, o pequeno tamanho das partículas poliméricas, que geralmente variam de 10 nm a 100 nm, aumenta a eficácia da aplicação e retarda a liberação dos compostos bioativos no tecido. Esses compostos bioativos são utilizados para diversos fins, como conservação de alimentos10, mas não para revestimento têxtil.
Dentre os muitos encapsulantes poliméricos, a quitosana é uma candidata atraente devido a muitos de seus atributos, como não toxicidade, biodegradabilidade, mucoadesividade e biocompatibilidade11. É um polissacarídeo natural, obtido pelo processo de desacetilação da quitina, que é encontrada em conchas marinhas e paredes celulares de fungos. É utilizado em aplicações bioquímicas e de conservação de alimentos, como liberação de fármacos ou proteínas 11,12,13, liberação controlada 14 e filmes antimicrobianos 10. A quitosana não é facilmente solúvel em água, mas forma uma suspensão coloidal em meios ácidos. Moléculas bioativas são carregadas em nanopartículas de quitosana (NPs) por um método simples de gelificação iônica em duas etapas14,15,16. Nesse processo, compostos bioativos hidrofóbicos, como carvacrol e timol, formam uma emulsão óleo-em-água, que é auxiliada por um surfactante, o Tween 80. Posteriormente, um composto polianiônico, tripolifosfato pentassódico (TPP), é usado para formar as ligações cruzadas entre os grupos amino ao longo das moléculas policatiônicas de polímero e grupos fosfato de moléculas de TPP para estabilizar o complexo. Este processo de complexação solidifica os compostos bioativos dentro da matriz de quitosana, que é posteriormente purificada e revestida em amostras de algodão para produzir tecido antimicrobiano.
As nanoformulações devem ser testadas primeiro quanto à eficácia antimicrobiana na forma de emulsão antes de serem aplicadas no tecido. Isso pode ser convenientemente avaliado por um método qualitativo, como a difusão em disco de Kirby-Bauer, a difusão de poços e o ensaio de placa de cilindro. No entanto, o ensaio da placa do cilindro17 fornece a flexibilidade para carregar volumes variáveis da formulação e comparar a zona de folga. Neste método, as formulações antimicrobianas são carregadas em cilindros de aço inoxidável e colocadas sobre uma camada macia de ágar, que é inoculada com o microrganismo ou patógeno teste. O diâmetro da zona de depuração produzida contra o organismo em estudo é proporcional ao potencial inibitório da formulação antimicrobiana e, por conseguinte, pode ser utilizado como alternativa aos métodos de diluição em caldo. No entanto, o tamanho das zonas claras é apenas uma medida comparativa ou qualitativa dentro de uma placa específica, a menos que padrões específicos sejam mantidos. Os antimicrobianos atuam contra os patógenos, inibindo seu crescimento (biostático) ou matando as células (biocidas), que podem ser quantificadas pela concentração inibitória mínima (CIM) e concentração bactericida mínima (CBM), respectivamente. Entretanto, a eficácia e o comportamento dos produtos químicos bioativos são diferentes em suas formulações (estado líquido) e quando revestidos sobre um substrato como um tecido18. Isso ocorre porque múltiplos fatores desempenham um papel na eficácia, como a estabilidade da aderência dos agentes antimicrobianos ao tecido, o teor de umidade, o tipo de substrato e a aderência dos micróbios. Se o objetivo pretendido for apenas a atividade bacteriostática, um ensaio qualitativo como o "Parallel Streak Method"19 pode fornecer uma avaliação relativamente rápida e fácil da formulação de antimicrobianos difusíveis. No entanto, se os efeitos bactericidas forem determinados, pode-se empregar a "Avaliação de Acabamentos Antibacterianos em Materiais Têxteis"20 , o que proporciona a redução logarítmica do patógeno fortificado.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetic acid</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>64-19-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibiotic base agar</td>
			<td>BD Difco</td>
			<td>DF0270-17-4</td>
			<td>Also known as Antibiotic Medium 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibiotic seed agar</td>
			<td>BD Difco</td>
			<td>DF0263-17-3</td>
			<td>Also known as Antibiotic Medium 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blood Agar (Nutrient Agar with 5% Sheep Blood)</td>
			<td>Donated by CFIA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bromcresol Purple Lactose Agar</td>
			<td>Donated by CFIA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Candida albicans</td>
			<td>ATCC The Global Bioresource Center</td>
			<td>ATTC 10231</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carvacrol</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>282197 (CAS# 499-75-2)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge&#160; Allergra X-22R Centrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>Model # X-22R</td>
			<td>Refrigerated. Wait at least 20 min or until the temperature reach the set low value (e.g., 4 &#176;C) as the refrigeration takes time.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chitosan Medium Molecular Weight (CS)</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>448877 (CAS # 9012-76-4)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clamshell Heat Press</td>
			<td>Intiva</td>
			<td>IM1200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Escherichia coli (E. coli)</td>
			<td>ATCC The Global Bioresource Center</td>
			<td>ATTC 23725</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>1205M34</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Letheen Broth</td>
			<td>BD Difco</td>
			<td>DF0681-17-7</td>
			<td>Used to neutralize antimicrobial effects. Product from different manufacturers may require to add Polysorbate 80, which is already added in Difco product.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Milli Q water</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>ZR0Q16WW</td>
			<td>Deionized water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mueller-Hinton Agar</td>
			<td>BD Difco</td>
			<td>DF0252-17-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pentasodium tripolyphosphate (TPP)</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>238503 (CAS# 7758-29-4)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phospahte Buffered Saline (PBS)</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>AM9624</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pseudomonas aeruginosa</td>
			<td>ATCC The Global Bioresource Center</td>
			<td>ATTC 9027</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sabouraud Dextrose Agar</td>
			<td>BD Difco</td>
			<td>DF0109-17-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaking incubator/ Thermo shaker</td>
			<td>VWR</td>
			<td>Model# SHKA2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Staphylococcus aureus</td>
			<td>ATCC The Global Bioresource Center</td>
			<td>ATTC 6538</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thymol</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>T0501 (CAS# 89-83-8)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypticase Soy Agar</td>
			<td>BD Difco</td>
			<td>236950</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypticase Soy Broth</td>
			<td>BD Difco</td>
			<td>215235</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween 80</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>STS0204 (CAS # 9005-65-6)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-Vis Spectrophometer</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>GENESYS 30 (840-277000)</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an antimicrobial fabric using nano-herbal encapsulation of essential oils

Os jalecos são amplamente utilizados em laboratórios de risco biológico e instalações de saúde como roupas de proteção para evitar a exposição direta a patógenos, derramamentos e queimaduras. Estes casacos protetores à base de algodão fornecem condições ideais para o crescimento microbiano e locais de fixação devido à sua natureza porosa, capacidade de retenção de umidade e retenção de calor do corpo do usuário. Diversos estudos têm demonstrado a sobrevivência de bactérias patogênicas em vestimentas hospitalares e jalecos, atuando como vetores de transmissão microbiana.
Uma abordagem comum para corrigir esses problemas é a aplicação de agentes antimicrobianos no acabamento têxtil, mas preocupações têm sido levantadas devido à toxicidade e aos efeitos ambientais de muitos produtos químicos sintéticos. A pandemia em curso também abriu uma janela para a investigação de antimicrobianos eficazes e formulações ecológicas e livres de tóxicos. Este estudo utiliza dois compostos bioativos naturais, carvacrol e timol, encapsulados em nanopartículas de quitosana, que garantem proteção efetiva contra quatro patógenos humanos com redução de até 4 log (99,99%). Esses patógenos são frequentemente detectados em jalecos usados em laboratórios de risco biológico.
Os tecidos tratados também resistiram a até 10 ciclos de lavagem com 90% de redução microbiana, o que é suficiente para o uso pretendido. Fizemos modificações nos testes de tecido padrão existentes para representar melhor os cenários típicos de uso de jaleco de laboratório. Esses refinamentos permitem uma avaliação mais precisa da eficácia dos jalecos antimicrobianos e a simulação do destino de eventuais vazamentos microbianos acidentais que devam ser neutralizados em um curto espaço de tempo. Mais estudos são recomendados para investigar o acúmulo de patógenos ao longo do tempo em jalecos antimicrobianos em comparação com jalecos protetores comuns.

An Antimicrobial Fabric Using Nano-Herbal Encapsulation of Essential Oils

Triagem inicial dos NPs sintetizados Seguindo a técnica de emulsão óleo-em-água em duas etapas16, os compostos bioativos (carvacrol e timol) foram encapsulados com sucesso em quitosana. Isso foi confirmado por espectrofotometria UV-Vis para o pico de absorção dos respectivos compostos bioativos em comparação com os controles, que foram os NPs de quitosana sem quaisquer compostos bioativos. Os NPs constituídos foram homogêneos e estáveis ao longo de 12 meses a 4 °C. ...

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Os jalecos antimicrobianos previnem a contaminação cruzada do acúmulo de patógenos e os derramamentos acidentais de bionutrientes. Aqui, descrevemos o protocolo para o desenvolvimento de um tecido antimicrobiano amigável à pele usando encapsulamento nano-herbal e testes padrão modificados para avaliar precisamente a eficácia e adequação para o uso típico do jaleco.

Um tecido antimicrobiano usando encapsulação nano-herbal de óleos essenciais

Lab coats are widely used in biohazard laboratories and healthcare facilities as protective garments to prevent direct exposure to pathogens, spills, and ...

Esta pesquisa descreve o protocolo para desenvolver um tecido antimicrobiano seguro e ecológico que pode ser usado para projetar jalecos. O estudo responde a muitas perguntas-chave no campo do desenvolvimento de tecidos antimicrobianos. Por exemplo, quão efetivamente o tecido tratado neutraliza patógenos.O principal desafio no desenvolvimento de tecidos antimicrobianos é escolher as proporções certas de compostos bioativos sem comprometer a eficácia antimicrobiana, mantendo os acabamentos amigáveis à pele. Nosso tecido antimicrobiano fornece proteção eficaz contra quatro patógenos humanos com até quatro log de redução, ou simplesmente 99,99% de eficácia. Ele também resiste a até 10 ciclos de lavagem, mantendo uma eficácia de até 90%A principal vantagem deste método sobre as técnicas padrão existentes é que ele fornece uma abordagem simplificada e realista para avaliar com precisão a eficácia de tecidos antimicrobianos.Ele representa melhor os cenários típicos de uso de jaleco de laboratório, como qualquer derramamento microbiano acidental que deve ser neutralizado em um curto espaço de tempo. A aplicação da técnica na fabricação de jalecos protetores reduzirá o risco de risco biológico em laboratórios de biossegurança e infecções hospitalares em ambientes de saúde. Estamos no processo de testar jalecos antimicrobianos de comprimento total em laboratórios de Nível 2 de Biossegurança.Nossas questões de pesquisa futuras se concentrariam na eficácia da prevenção da contaminação microbiana a longo prazo e no uso contínuo.