Schéma montrant le revêtement à double fonction du Dr Mustafa Akbulut qui est à la fois superhydrophobe et antimicrobien. Crédit :Texas A&M University College of Engineering
Les chercheurs de Texas A&M ont créé un revêtement qui peut être appliqué sur des surfaces telles que les bandes transporteuses et les seaux de collecte.
Au cours de leur voyage des champs ouverts aux étalages de produits dans les épiceries, les fruits et légumes frais peuvent parfois être contaminés par des micro-organismes. Ces articles peuvent ensuite gâcher d'autres produits, propager davantage la contamination et augmenter le nombre d'aliments pouvant causer des maladies.
Pour éviter la contamination croisée entre les produits frais, des chercheurs de la Texas A&M University ont créé un revêtement qui peut être appliqué sur les surfaces en contact avec les aliments comme les bandes transporteuses, les rouleaux et les seaux de collecte. En plus d'être germicide, les chercheurs ont conçu leur revêtement pour qu'il soit extrêmement hydrofuge. Les chercheurs ont déclaré que sans eau, les bactéries ne peuvent pas coller ou se multiplier sur les surfaces, réduisant ainsi considérablement la contamination d'un produit à l'autre.
"La consommation d'aliments crus contaminés rend des centaines de personnes malades chaque année, et la contamination des aliments n'est donc pas seulement un énorme problème de santé, mais aussi un fardeau économique important", a déclaré Mustafa Akbulut, professeur agrégé au département de génie chimique Artie McFerrin. "Dans notre étude, nous montrons que notre nouveau revêtement à double fonction, qui peut à la fois repousser et tuer les bactéries, peut considérablement atténuer la propagation bactérienne, évitant ainsi la contamination croisée."
Les résultats de l'étude sont dans le numéro de février de la revue ACS Applied Materials &Interfaces .
Les maladies d'origine alimentaire peuvent être causées par tout un essaim d'agents pathogènes comprenant plusieurs souches de virus et de bactéries. Pour remédier à toute infection après la récolte, les produits frais sont généralement lavés puis désinfectés dans de puissants antimicrobiens, comme le peroxyde d'hydrogène ou l'acide acétique.
Cependant, les bactéries peuvent toujours s'échapper indemnes si elles parviennent à se cacher dans des endroits difficiles d'accès sur la peau des fruits et légumes. De plus, si le nombre de bactéries est suffisamment important, elles peuvent former des gaines protectrices, appelées biofilms, qui les protègent davantage de l'action des désinfectants.
Les produits alimentaires contaminés peuvent propager les agents pathogènes soit directement, en touchant d'autres aliments, soit indirectement, via des surfaces en contact avec les aliments. Actuellement, il existe plusieurs façons d'empêcher la transmission indirecte, allant des revêtements de surface antimicrobiens aux surfaces en polymère antisalissure qui agissent comme des ressorts pour repousser les bactéries. Mais les chercheurs ont déclaré que ces approches, bien qu'efficaces au début, peuvent perdre leurs effets avec le temps pour diverses raisons.
Pour surmonter les obstacles posés par les technologies actuelles, Akbulut et son équipe ont procédé à la création d'un revêtement de surface antimicrobien qui est également extrêmement hydrophobe. Ils ont noté que la propriété hydrofuge du revêtement peut aider les surfaces en contact avec les aliments à conserver leur action germicide beaucoup plus longtemps.
"La plupart des bactéries ne peuvent survivre que dans un environnement aqueux", a déclaré Akbulut. « Si les surfaces sont superhydrophobes, alors l'eau et avec elle la plupart des bactéries seront repoussées. Avec moins de bactéries, moins de germicides sont utilisés, ce qui augmente la durée de vie globale du revêtement. »
Pour fabriquer leur revêtement à double fonction, Akbulut et son équipe sont partis d'une feuille d'aluminium, un métal couramment utilisé dans l'industrie alimentaire pour les surfaces de contact. Sur la surface du métal, ils ont fixé chimiquement une fine couche d'un composé appelé silice en utilisant une chaleur élevée. Ensuite, avec cette couche comme substrat, ils ont ajouté un mélange de silice et d'une protéine germicide naturelle présente dans les larmes et le blanc d'œuf appelée lysozyme.
Ensemble, la couche de silice-aluminium liée à la couche de silice-lysozyme formait un revêtement qui avait une texture rugueuse lorsqu'il était vu à l'échelle microscopique. Les chercheurs ont noté que cette rugosité sous-microscopique, ou les minuscules bosses et crevasses sur le revêtement, est la clé de la superhydrophobicité.
"En général, si vous augmentez la rugosité, l'hydrophobicité d'un matériau augmente, mais il y a une limite", a déclaré Shuhao Liu, étudiant diplômé du College of Engineering et auteur principal de l'étude. « Si le revêtement est trop rugueux, les bactéries peuvent à nouveau se cacher derrière les crevasses et contaminer. Nous avons donc ajusté la proportion de silice et de lysozyme afin que la rugosité produise la meilleure hydrophobicité possible sans compromettre la fonction globale du revêtement. »
Lorsque leur revêtement superhydrophobe infusé de lysozyme a été affiné et prêt, les chercheurs ont testé s'il était efficace pour freiner la croissance de deux souches de bactéries pathogènes, Salmonella typhimurium et Listeria innocua . Après examen, ils ont découvert que le nombre de bactéries sur ces surfaces était inférieur de 99,99 % à celui des surfaces nues.
Malgré la grande efficacité de leur revêtement pour prévenir la propagation bactérienne, les chercheurs ont déclaré qu'une enquête plus approfondie est nécessaire pour déterminer si le revêtement fonctionne aussi bien pour atténuer la contamination croisée virale. Bien qu'ils durent plus longtemps que les autres revêtements, ils ont noté que leur revêtement devrait également être réappliqué après un certain temps d'utilisation. Ainsi, dans une prochaine étape, Akbulut et son équipe travaillent au développement de revêtements à double fonctionnalité plus permanents.
"Notre objectif est de créer des surfaces intelligentes qui peuvent empêcher tout type d'agent pathogène de se fixer et de se multiplier", a déclaré Akbulut. « À cet égard, nous avons développé des revêtements de surface qui peuvent empêcher les bactéries de s'accumuler sur les surfaces, ce qui est l'une des principales raisons de la contamination croisée. Nous travaillons maintenant avec des chercheurs en agriculture pour faire passer notre invention du banc d'essai à la pratique. »
Référence :"Revêtements superhydrophobes à double fonction avec anticontact bactérien et caractéristiques antimicrobiennes" par Shuhao Liu, Jeremy Zheng, Li Hao, Yagmur Yegin, Michael Bae, Beril Ulugun, Thomas Matthew Taylor, Ethan A. Scholar, Luis Cisneros-Zevallos, juin Kyun Oh et Mustafa Akbulut, 5 février 2020, ACS Applied Materials &Interfaces .
DOI :10.1021/acsami.9b18928
Parmi les autres contributeurs à la recherche figurent Michael Bae et Ethan A. Scholar du Texas A&M Department of Chemical Engineering; Jeremy Zheng et Beril Ulugun du département de génie biomédical Texas A&M ; Li Hao de l'Université d'agriculture et d'ingénierie de Zhongkai, Chine; Thomas Matthew Taylor, Luis Cisneros-Zevallos et Yagmur Yegin du Texas A&M Department of Nutrition and Food Science; et Jun Kyun Oh de l'Université Dankook, République de Corée.
Ce travail est soutenu par le Food Manufacturing Technologies Program et le United States Department of Agriculture.
