Direct laser interference patterning on copper to prevent Variovorax sp. settlement onto metallic surfaces

Abstract

El desarrollo de biopelículas perjudiciales en superficies metálicas afecta el rendimiento y vida útil de estas. La micro-texturización con láser aparece como una estrategia novedosa para impedir el crecimiento de biopelículas, bloqueando las etapas iniciales de la adhesión bacteriana y mejorando las características antimicrobianas de los metales. Este trabajo tiene como objetivo estudiar dos efectos de la micro-texturización con láser en cobre sobre la bacteria tolerante a cobre Variovorax sp.: i) la adhesión bacteriana inicial a la superficie, y ii) la inactivación de las bacterias por el efecto de muerte por contacto. En este último objetivo se agregó como control a la bacteria no-tolerante a cobre Escherichia coli. Para llevar a cabo estos objetivos, se produjeron patrones lineales con periodicidades de 4,7, 6,8, 14 y 18 μm mediante texturización laser en cupones de cobre. Las propiedades de la superficie se caracterizaron mediante técnicas microscópicas y espectroscópicas, mientras que la interacción superficie/bacteria se realizó mediante microscopía de epifluorescencia, funcionalización de puntas de microscopía de fuerza atómica y pruebas de muerte por contacto. En cuanto al objetivo i), la periodicidad de 4,7 μm resultó ser el patrón más eficiente para suprimir la adhesión inicial de Variovorax sp. en un 31,1 % comparado con la superficie no texturizada. Además, se observó un asentamiento preferente en los picos por sobre valles para los patrones con periodicidades de 14 y 18 μm, mostrando estos patrones más eventos de adhesión que los diseños más pequeños. En cuanto al objetivo ii) el incremento de Cu(OH)2 resultante del tratamiento con láser y el contacto bacteria-superficie fueron los factores determinantes en el incremento del efecto antimicrobiano del cobre frente a Variovorax sp. y Escherichia coli inactivando el 87% y el 100% de las células tras 2 horas y los primeros 5 minutos del ensayo, respectivamente. Estos hallazgos aportan a la comprensión de la adhesión bacteriana y el efecto de muerte por contacto de las superficies de cobre, contribuyendo así al desarrollo potencial de estrategias inocuas para controlar el crecimiento de biopelículas en materiales hechos con cobre.