Progettazione di una catena di processo innovativa per la fabbricazione di superfici funzionali antibatteriche in materiale polimerico

The micro and nano surface structuring of polymeric components is a promising solution for conferring antibacterial properties as this physical approach acts in a non-toxic way for human beings and for the environment, counteracting the problem of antibiotic resistance. In the present work an innovative process chain for the manufacture of antibacterial functional surfaces in polymeric material has been developed. The surfaces feature micro and nano structures whose main design parameters have been optimized to induce bactericidal and anti-biofouling properties on the surfaces themselves, with respect to three common bacterial strains: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus. Surfaces characterized by nanometric structures having aspect ratios greater than 3 and hierarchical surfaces characterized at the first level by micrometric structures and at the second by the previously mentioned nanometric structures have been replicated. These geometries, previously obtained in negative by laser ablation on the mold inserts, have been replicated by means of a micro injection molding process. Bacterial culture tests have provided evidence that supports the potential application of surface micro- and nano-functionalization at an industrial level, for surface disinfection minimizing its environmental impact. From the same it is possible to observe how mirror-polished surfaces express anti-biofouling capacity within the first 3 hours of contact, unlike nano-structured surfaces which come into action from the first moments.

La micro e nano strutturazione superficiale di componenti polimerici è una soluzione promettente per il conferimento di proprietà antibatteriche in quanto, tale approccio fisico, agisce in modo non tossico per l’essere umano e per l’ambiente contrastando il problema dell’antibiotico resistenza. Nel presente elaborato è stata sviluppata una catena di processo innovativa per la fabbricazione di superfici funzionali antibatteriche in materiale polimerico. Le superfici presentano micro e nano strutture i cui parametri di progettazione principali sono stati ottimizzati per indurre proprietà battericide e anti-biofouling sulle superfici stesse, rispetto a tre ceppi batterici comuni: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus. Si sono replicate superfici caratterizzate da strutture nanometriche aventi rapporti di forma superiori a 3 e superfici gerarchiche caratterizzate al primo livello da strutture micrometriche e al secondo dalle strutture nanometriche precedentemente citate. Tali geometrie, precedentemente ottenute in negativo per ablazione laser sugli inserti stampo, sono state replicate per mezzo di un processo di micro stampaggio a iniezione. I test di coltura batterica hanno fornito prove che avvalorano la potenziale applicazione della micro e nano funzionalizzazione superficiale a livello industriale, per la disinfezione superficiale minimizzandone l’impatto ambientale. Dagli stessi è possibile osservare come superfici lucidate a specchio esprimano capacità anti-biofouling nell’arco delle prime 3 ore di contatto, a differenza delle superfici nano strutturate che entrano in azione sin dai primi istanti.