Characterization and evaluation of antibacterial activity of thin and ultrathin Ag and Cu coatings deposited on glass substrates via magnetron sputtering

Abstract

Com a atual pandemia da COVID-19, a população mundial e os trabalhadores da área da saúde precisam utilizar equipamentos de proteção individual (EPIs), principalmente proteções faciais, como máscaras faciais e respiradores, para evitar o contágio pelo vírus SARS-CoV-2. Esses itens fazem a filtragem de partículas, porém não apresentam nenhum tipo de mecanismo antimicrobiano, facilitando a contaminação cruzada. Dessa forma, a fim de funcionalizar esses EPIs, estão sendo estudados novos agentes antimicrobianos, como as nanopartículas metálicas, com destaque para a prata (AgNPs) e para o cobre (CuNPs), que possuem efeito antimicrobiano intrínseco. O recobrimento de superfícies utilizando partículas metálicas possibilitaria modificar a superfície de diversos materiais para que apresentassem ações antivirais e antibacterianas. Neste trabalho, então, foi feito a deposição de AgNPs e CuNPs em substrato de vidro utilizando o método magnetron sputtering, para avaliar as atividades bactericidas destes materiais. Buscou-se otimizar as condições de deposição e espessura das camadas depositadas quanto a atividade antimicrobiana de modo a facilitar a translação da técnica para outros materiais de uso em EPIs. As amostras foram caracterizadas utilizando as técnicas de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) e de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) a fim de obter informações a respeito da morfologia, composição química e espessura da camada. Além disto, foram realizados estudos biológicos com a bactéria gram-positiva Staphylococcus aureus para avaliar a ações antibacteriana dos revestimentos de Ag e de Cu. Com isto, foi possível confirmar a atividade bactericida contra a bactéria S. aureus. As amostras com um menor tempo de deposição mostraram efeito antibacteriano tão satisfatório quanto às amostras com tempos de deposição maiores,.além de manterem a transparência das amostras.

With current COVID-19 pandemic, the world population and especially health workers need to use personal protective equipment (PPE), mainly facial protection, such as facial masks and respirators, to prevent contagion by SARS-CoV-2 virus. These items filter particles, however don’t present any kind of antimicrobial mechanism, favoring cross-contamination. Thus, in order to functionalize these EPIs, new antimicrobial agents are being studied, such as metallic nanoparticles, especially silver (AgNPs) and copper (CuNPs), which have an intrinsic antimicrobial effect. The coating of surfaces using metallic particles would make it possible to modify the surface of several materials so that they present antiviral and antibacterial actions. In this work, then, the deposition of AgNPs and CuNPs on glass substrate was performed using the magnetron sputtering method, to evaluate the bactericidal activities of these materials. It sought to optmize the deposition conditions and thickness of the deposited layers in terms of antimicrobial activity of the technique to other materials used in PPE. The samples were characterized using Rutherdford Backscatter Spectrometry (RBS) and Scanning Electron Microscopy (SEM) techniques in order to obtain information about morphology, chemical composition and layer thickness. In addition, biological studies were performed with the gram-positive bacterium Staphylococcus aureus to evaluate the antibacterial actions of Ag and Cu coatings. With this, it was possible to confirm the bactericidal activity against S. aureus. The samples with a shorter deposition time showed an antibacterial effect as satisfactory as the samples with longer deposition times, besides these samples keep the transparency of the samples.