Bewertung der antibakteriellen Wirkung von Gesichtsmasken, die mit Titandioxid-Nanopartikeln beschichtet sind

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 18739 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten wurden verschiedene Anwendungen der Nanotechnologie eingesetzt, um die selbstreinigenden und antibakteriellen Eigenschaften von Materialien zu verbessern. Ziel dieser Studie war es, die antibakteriellen Eigenschaften von Gesichtsmasken zu bewerten, die mit TiO2-Nanopartikeln beschichtet sind. Die antibakterielle Wirksamkeit von mit TiO2 beschichteten Stoffgesichtsmasken wurde durch Beimpfen in Bakteriensuspensionen (105 KBE sowohl von E. coli als auch von S. aureus) gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass TiO2-Nanopartikellösungen (bei 2 %) das Ausgangsinokulum von 105 KBE (5 log KBE/cm2) von E. coli und S. aureus auf 1,3 bzw. 1,68 log reduzierten, mit antibakteriellen Aktivitäten von 3,7 bzw. 3,34 log , jeweils. Darüber hinaus betrugen bei einer Konzentration von 1 % die antibakteriellen Aktivitäten gegen E. coli und S. aureus 2,1 bzw. 2,01 log, während bei einer niedrigen Konzentration (0,5 %) die antibakteriellen Aktivitäten gegen E. coli und S. aureus 1,8 betrugen bzw. 1,72 log. Die KBE waren in allen Versuchsgruppen deutlich niedriger als in der Kontrollgruppe (Kochsalzlösung). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass TiO2-Nanopartikellösungen mit einer hohen Konzentration (2 %) eine starke antibakterielle Wirkung auf E. coli und S. aureus zeigten, und der Unterschied war statistisch signifikant, während bei niedrigeren Konzentrationen (0,5 % und 1) eine signifikante antibakterielle Aktivität nachgewiesen wurde %) Nanopartikellösungen von TiO2 nach 18 h. Es gab bereits nach 3 Stunden einen statistisch signifikanten Unterschied hinsichtlich der Koloniereduktion zwischen E. coli und S. aureus. Die antibakteriellen Aktivitäten von TiO2 in Gesichtsmasken könnten vielversprechend sein, um das Risiko bakterieller Infektionen zu verringern.

Die Entwicklung der Nanotechnologie ist ein vielversprechender technologischer Trend, der große Auswirkungen auf viele Bereiche wie Physik und Biologie, Medizin, Elektronik, Lebensmittel, Wasserqualität, Textilindustrie, Luftqualität und Biomechanik haben kann 1. Sie wird definiert als „a Wissenschaft und Technologie, die auf einem Milliardstel (10−9) Teil eines Meters durchgeführt wird, also auf der Nanoskala (1–100 nm).

Es gibt viele Arten von Nanopartikeln, wie zum Beispiel metallische, nichtmetallische, organische und anorganische Nanopartikel 2. Titan-, Kupfer- und Silber-Nanopartikel sind Beispiele für metallische Nanopartikel. Titandioxid (TiO2) verfügt über einzigartige Eigenschaften wie niedrige Kosten, Stabilität, geringe Toxizität, hohen Brechungsindex, hohe optische Eigenschaften, hohe UV-Absorption, starke Redoxfähigkeit, hohe Energielücke (d. h. 3,2–5,2 eV) und hat gute elektrische, optische und magnetische Eigenschaften 3,4. Es ist notwendig, die Eigenschaften von Nanopartikeln, wie z. B. ihre Größe, Form, Oberflächenmorphologie, Kristallinität und Lichtabsorption, mithilfe geeigneter Charakterisierungstechniken 5, wie z. B. Mikroskopietechniken (Elektronenmikroskopie oder Rastersondenmikroskopie), vollständig zu definieren. Darüber hinaus können optische Techniken (Spektroskopie) verwendet werden, um Nanopartikeleigenschaften wie Reflexion, Transmission, Photochemie und Lumineszenz zu untersuchen 6. Brunauer-Emmett-Teller (BET), Röntgendiffraktometrie (XRD) und Infrarotspektroskopie (IR) sind die am häufigsten verwendeten Techniken zur Charakterisierung von NP-Strukturen und können zur Beschreibung der Phase, Partikelgröße, Art und Kristallnatur von Nanopartikeln verwendet werden. Die Oberflächenqualität von Nanopartikeln wird stark von ihren mechanischen Eigenschaften beeinflusst, zu denen Spannung, Oberflächenbeschichtungen, Härte, Dehnung, Reibung und Haftfähigkeit gehören. Zu den Eigenschaften von TiO2 gehören Stabilität, niedrige Kosten, Ungiftigkeit, Biokompatibilität sowie optische und elektrische Eigenschaften. Es kommt meist in drei verschiedenen Formen vor, darunter Brookit, Anatas und Rutil, mit unterschiedlichen Strukturen. Thermodynamische Simulationen zeigen, dass sich beim Erhitzen sowohl Anatas als auch Brookit in Rutil umwandeln, das bei allen Temperaturen und Drücken unter 60 kbar stabiler ist 7. Nanomaterialien wie TiO2-Photokatalysatoren haben eine bemerkenswerte Aktivität beim Photoabbau einer Vielzahl organischer und anorganischer Stoffe gezeigt Schadstoffe. Da organische Verunreinigungen unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen vollständig in harmlose Materialien zerfallen können, wird erwartet, dass die Photokatalyse bald eine der effizientesten Methoden für den Umgang mit verschiedenen Arten von Verunreinigungen sein wird. Schadstoffe, darunter Herbizide, Carbonsäuren und Alkohole, können vollständig in Kohlendioxid, Wasser und einfache Mineralien zerlegt werden 8. Der Photokatalysator muss bestimmte Eigenschaften aufweisen, wie z. B. die richtige Partikelgröße, Form, Kristallinität und Anatas bis Rutil Verhältnis, um besonders effektiv zu sein. Die am häufigsten verwendeten Methoden zur Herstellung von TiO2-Nanopartikeln sind Elektroabscheidung, Umkehrmizellen, die Sol-Gel-Methode, metallorganische chemische Gasphasenabscheidung, die Flammenverbrennungsmethode, Gasphasensynthese (Aerosol), hydrothermale Methoden und nasschemische Synthese durch Fällung von Hydroxide aus Salzen und mikroemulsionsvermittelte Methoden 9. Der Sol-Gel-Prozess ist eine nasschemische Technik, die hauptsächlich in den Bereichen Materialwissenschaften und Keramiktechnik eingesetzt wird. Es kann als die Umwandlung einer Vorläuferlösung in einen anorganischen Feststoff durch durch Wasser induzierte Polymerisationsreaktionen definiert werden 10. Durch Hydrolyse entsteht ein Sol, das im Grunde eine Dispersion kolloidaler Partikel in einer Flüssigkeit ist, und die Kondensation führt zur Bildung eines Gels. Im Vergleich zu den oben diskutierten Methoden ist das Sol-Gel-Verfahren für die Synthese und Herstellung anorganischer und organisch-anorganischer Hybrid-Nanomaterialien sehr vielversprechend, da es die Verwendung niedriger Verarbeitungstemperaturen (< 100 °C) und eine Homogenität der Zusammensetzung auf molekularer Ebene ermöglicht 10. Partikelgröße und -form lassen sich mit der Sol-Gel-Methode leicht steuern. Der Sol-Gel-Prozess erzeugt feine, kugelförmige Pulver einheitlicher Größe und wird häufig zur Synthese von TiO2-Materialien verwendet und verläuft normalerweise über einen säurekatalysierten Schritt von Titan(IV)-Alkoxiden 11. Eines der attraktivsten Merkmale des Sol-Gels Unter Prozess versteht man die Möglichkeit, das resultierende Material in die gewünschte Form zu bringen, beispielsweise in eine Faser, einen Film oder ein monodisperses Pulver. In einem Sol-Gel-Prozess werden mehrere Schritte und Bedingungen angewendet, um die endgültige Morphologie zu steuern, wie von Mehrotra und Singh vorgeschlagen 10. Die Verwendung von TiO2 als Photokatalysator zur Abtötung von Mikroorganismen ist seit langem bekannt 12. Die antibakteriellen Eigenschaften und Mechanismen der Nanotechnologie wurden ausführlich diskutiert, darunter auch Nanopartikel aus TiO2, die aufgrund ihrer photokatalytischen Eigenschaften zur Zersetzung und Entfernung von Schmutz und Gerüchen sowie zur Abtötung von Bakterien häufig eingesetzt werden. Der Mechanismus dieser Technik hängt von der Erzeugung reaktiver Superoxidradikale (O2− und ·OH) auf der Oberfläche von TiO2-Molekülen während des Prozesses der Photokatalyse ab, wenn sie Licht einer geeigneten Wellenlänge ausgesetzt werden 13,14,15. Sauerstoffradikel wirken sich über unterschiedliche Mechanismen auf Bakterienzellen aus und führen zu deren Absterben. Beide Bakterienarten unterscheiden sich in ihrer Reaktion auf antibakterielle Nanopartikel. Unter Desinfektion wird das Behandlungsverfahren verstanden, das zur Beseitigung pathogener Mikroorganismen eingesetzt wird, jedoch möglicherweise nicht zur Beseitigung bakterieller Sporen 16. In den letzten Jahrzehnten war bekannt, dass TiO2 in Form von Nanopartikeln über ein breites antibakterielles Wirkungsspektrum verfügt 17,18. Stoff-Gesichtsmasken sind Materialien, die zum Schutz vor atmungsaktiven Krankheitserregern (Bakterien oder Viren) 19 verwendet werden. Sie werden in Vollmasken, Halbmasken und Viertelmasken eingeteilt. Die Filterleistung von Gesichtsmasken variiert je nach Dichte des Gesichtsmaskenmaterials 20. Bei kontinuierlicher Verwendung von Gesichtsmasken ohne regelmäßigen Austausch kann unsachgemäßes Waschen möglicherweise zu einer Kontamination von Oberflächen führen, da Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu Feuchtigkeit und damit zur mikrobiellen Besiedlung führen ; Darüber hinaus besteht bei unsachgemäßer Verwendung das Risiko einer Ausbreitung von Krankheitserregern 21,22,23,24,25. Die Entsorgung von Gesichtsmasken hat zu einem enormen Anstieg des Abfalls geführt, der als „gefährlich mit Infektionsrisiko“ eingestuft wird, und Gesichtsmasken werden als biologische Gefahrstoffe entsorgt26. Nanopartikel sind nachweislich in der Lage, eine Vielzahl von Organismen abzutöten , darunter gramnegative und grampositive Bakterien, die sich hinsichtlich ihrer Zellwand und -hülle und damit ihrer Resistenz gegenüber Desinfektionsmitteln unterscheiden 27. Darüber hinaus wurde dies bei vielen anderen Organismen, darunter Viren, Pilze, Algen und Protozoen, nachgewiesen durch TiO2-Nanopartikel abgetötet 12. Es hat sich gezeigt, dass diese Nanopartikel für die Desinfektion von Gesichtsmasken nützlich sind 16,17. Mit TiO2 beschichtete Gesichtsmasken werden häufig zur Verbesserung der Selbstreinigung und antibakteriellen Eigenschaften zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten wie COVID-19 28 eingesetzt. Ziel dieses Artikels war es, die antibakteriellen Eigenschaften von mit TiO2-Nanopartikeln beschichteten Gesichtsmasken zu bewerten.

Eine TiO2-Nanopartikellösung wurde durch Hydrolyse und Kondensation von 97 % Titantetraisopropoxid in einer sauren wässrigen Lösung (niedriger pH-Wert) aus Eisessig und 37 % HCL-Säure mit unterschiedlichen Konzentrationen an TiO2-Vorläufer hergestellt. Die Mischung wurde unter kräftigem Rühren 90 Minuten lang auf 60 °C erhitzt. TiO2-Nanopartikelpulver wurde verwendet, um selbstreinigende und antibakterielle Eigenschaften zu verleihen.

Für diese Studie wurden fünf Stoff-Gesichtsmasken ausgewählt, die jeweils zu 80 % aus Polyamid und zu 20 % aus Elastan bestanden. Die antibakteriellen Aktivitäten dieser Gesichtsmasken wurden mit Suspensionstests gemäß der Norm ISO 20743:2021 mit dem Titel „Textilien – Bestimmung der antibakteriellen Aktivität antibakterieller Fertigprodukte“ bewertet.

Um die biozide Aktivität zu testen, wurden zwei Arten von Bakterien verwendet, ein grampositives Bakterium und ein gramnegatives Bakterium.

Alle Masken wurden mit einer Suspension von TiO2-Nanopartikeln in unterschiedlichen Konzentrationen von 0,5, 1 und 2 % w/w beschichtet, ca. 24 h getrocknet und in Stücke von ca. 2 × 2 cm geschnitten. Zwei Bakteriensuspensionen von E. coli (ATCC 25922) und S. aureus (ATCC 25923) wurden auf tryptischem Sojaagar (Oxoid, UK) kultiviert und über Nacht bei 35 °C inkubiert. Jedes beschichtete Maskenstück wurde zum Zeitpunkt 0 (T0) mit einer Suspension von koloniebildenden Einheiten (KBE/ml) nach McFarland-Standard (1,0 × 105) von E. coli und S. aureus inokuliert. Das Abwischen (2 × 2 cm) jedes Maskenstücks wurde in 7 gleichen Abständen zur Analyse nach 0, 3, 6, 9, 12 und 15 sowie nach 18 Stunden durchgeführt. Um die Koloniezahl jedes Stücks zu bestimmen, wurden die Abstrichtupfer in Röhrchen mit einem Milliliter steriler Nährbrühe verdünnt. Die gesamte Suspension jedes dieser Röhrchen wurde entnommen und auf Nähragar ausgebreitet, um die Koloniezahl mit einem digitalen Kolonienzähler zu bestimmen. Der Mittelwert der KBE und der antibakteriellen Aktivitäten wurde alle drei Stunden ermittelt (nach 0, 3, 6, 9, 12, 15 und 18 Stunden), und die Anzahl der KBE wurde als KBE/cm2 angegeben. Für die Zählung der bakteriellen KBE nach Inkubation über Nacht bei 37 °C wurde die Methode der Kolonieplattenzählung verwendet. Alle Tests wurden dreifach durchgeführt. Weitere fünf Stücke wurden als Kontrollen aufbewahrt, wobei Kochsalzlösung (0,85 % NaCl) anstelle von TiO2-Nanopartikeln verwendet wurde. Die antibakteriellen Aktivitäten wurden gemäß der Formel unten 29 berechnet, während die Bewertung gemäß ISO 20743-2021 durchgeführt wurde (Tabelle 1).

Eine Einweg-Varianzanalyse (ANOVA) wurde verwendet, um die mittleren Unterschiede zwischen den antibakteriellen Aktivitäten in verschiedenen Zeitintervallen innerhalb der Gruppen und bei verschiedenen TiO2-Konzentrationen (P < 0,05) zu überprüfen. Der gepaarte t-Test wurde verwendet, um die mittleren Unterschiede zwischen den antibakteriellen Aktivitäten (Reduktion) in verschiedenen Zeitintervallen innerhalb der Gruppen zu überprüfen (P < 0,05). Statistische Analysen wurden mit SPSS-25 (Inc., IBM, Chicago, IL, USA) durchgeführt.

Die vorliegende Studie untersuchte die antibakteriellen Aktivitäten von Maskenproben unter Verwendung von TiO2-Nanopartikeln als antibakterielle Wirkstoffe gegen E. coli und S. aureus. Tabelle 2 zeigt die Bakterienzahl log (log KBE/cm2) bei verschiedenen TiO2-Konzentrationen. Wenn TiO2-Nanopartikellösungen mit hoher Konzentration (2 %) verwendet wurden, reduzierte sich das anfängliche Inokulum von 5 log (105 KBE/ml) Bakterien auf 1,3 bzw. 1,68 log für E. coli und S. aureus. Wenn TiO2-Nanopartikellösungen mit niedriger Konzentration (0,5 %) verwendet wurden, reduzierte sich das anfängliche Inokulum von 5 log-Bakterien auf 3,2 bzw. 3,3 log für E. coli und S. aureus. Wenn TiO2-Nanopartikellösungen in einer Konzentration von 1 % verwendet wurden, wurde das Ausgangsinokulum von 5 log-Bakterien auf 2,9 bzw. 3,01 log E. coli und S. aureus reduziert. Tabelle 3 zeigt die Bakterienzahl (log KBE/cm2) der Negativkontrolle nach Exposition gegenüber normaler Kochsalzlösung anstelle von TiO2-Lösung. Es ist anzumerken, dass das Ausgangsinokulum von 5 log sowohl E. coli als auch S. aureus unverändert blieb oder leicht anstieg.

Tabelle 4, Abb. Die Abbildungen 1 und 2 zeigen die signifikante antibakterielle Wirksamkeit der in Gesichtsmasken eingesetzten TiO2-Nanopartikel gegen E. coli und S. aureus in Abhängigkeit von der Konzentration. Wenn TiO2-Nanopartikellösungen mit hoher Konzentration (2 %) auf Gesichtsmasken gegen E. coli und S. aureus aufgetragen wurden, wurden Wirksamkeiten von 3,7 bzw. 3,34 Log-Reduktionen erzielt, was als starke antibakterielle Aktivität gilt (Tabelle 1). Darüber hinaus betrug die Wirksamkeit gegen E. coli und S. aureus bei einer Konzentration von 1 % jeweils eine Reduktion um 2,1 bzw. 2,01 log, was als signifikante antibakterielle Aktivität angesehen wird (Tabelle 1), während bei einer niedrigen Konzentration (0,5 %) die Die Wirksamkeit gegen E. coli und S. aureus betrug 1,8 bzw. 1,72 log-Reduktion, was ebenfalls als signifikante antibakterielle Aktivität angesehen wird (Tabelle 1).

Antibakterielle Aktivität von TiO2-Nanopartikeln gegen E. coli.

Antibakterielle Aktivität von TiO2-Nanopartikeln gegen S. aureus.

Die KBE aller Versuchsgruppen waren im Vergleich zu denen der Kontrollgruppe (Kochsalzlösung) deutlich niedriger. Hochkonzentrierte TiO2-Nanopartikellösungen zeigten eine bessere antimikrobielle Wirksamkeit. Es gab einen signifikanten Unterschied zwischen den antibakteriellen Aktivitäten in verschiedenen Zeitintervallen (P = 0,00), während es keinen signifikanten Unterschied zwischen den antibakteriellen Aktivitäten bei TiO2-Konzentrationen innerhalb der Gruppen gab (P = 0,184). Es gab einen signifikanten Unterschied in den Daten zwischen E. coli und S. aureus (P < 0,05).

Diese Studie berichtet über die antibakterielle Wirkung von TiO2-Nanopartikelmaterialien gegen Bakterienstämme in Gesichtsmasken, die mit E. coli und S. aureus kontaminiert sind, nachdem sie unterschiedlichen Konzentrationen ausgesetzt wurden. Die Ergebnisse wurden für TiO2-Nanopartikellösungen unterschiedlicher Konzentration (0,5–2 %) gesammelt. Eine höhere Konzentration reduzierte das Ausgangsinokulum von 5 auf 1,3 bzw. 1,68 log für E. coli und S. aureus, während eine niedrigere Konzentration (0,5 %) das Ausgangsinokulum von 5 auf 3,2 bzw. 3,3 log für E. coli und S. aureus reduzierte . aureus bzw. Bei Verwendung von TiO2-Nanopartikellösungen in einer Konzentration von 1 % reduzierte sich das Ausgangsinokulum von 5 auf 2,9 bzw. 3,01 log E. coli und S. aureus. Die KBE waren in allen Versuchsgruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe (Kochsalzlösung) deutlich niedriger. TiO2-Nanopartikel wurden auf ihre antibakterielle Wirksamkeit in verschiedenen Matrizen getestet, beispielsweise in Stoffen aus verschiedenen Materialien 32.

Grampositive Bakterien (S. aureus) haben eine Membran, die von einer sehr dicken Wand aus Peptidoglycan umgeben ist. Gramnegative Bakterien (Escherichia coli (E. coli)) haben eine sehr dünne Membran, die eine Barriere darstellt, die den toxischen Stoff zurückhält, während die Wand Berichten zufolge empfindlich auf die durch TiO233 verursachte Peroxidation reagiert.

Die überwiegende Mehrheit der Studien wurde mit gramnegativen und grampositiven Bakterien durchgeführt 12. Mit TiO2-Nanopartikeln behandelte Materialien haben sich als wirksam gegen Bakterien erwiesen und sollen hervorragende desinfizierende Eigenschaften gegen andere Arten mikrobieller Kontamination aufweisen 34. Die Die desinfizierende Eigenschaft von TiO2-Nanopartikeln hängt stark vom photokatalytischen Verhalten von TiO2 ab 35,36.

Sunada et al. 37 schlugen vor, dass die Zellwand von E. coli-Zellen als Barriere für den Mechanismusprozess fungiert, da die äußere Membran als Barriere dient und die äußere Membran zuerst zerfällt, bevor die vollständige Zersetzung ganzer Zellen erfolgt. Der photokatalytische Oxidationsmechanismus von TiO2-Nanopartikeln wurde von Nadtochenko et al. untersucht. 38, die zeigten, dass der Gehalt an organischem Material aufgrund der photokatalytischen Aktivität oxidiert wird, was zur Reinigung der TiO2-Oberfläche führt und folglich das organische Material der Zellwandmembran Löcher im TiO2-Valenzband reduziert. Unsere Ergebnisse zeigten eine signifikante antibakterielle Wirksamkeit (Log-Reduktion) der TiO2-Nanopartikel in den Gesichtsmasken in Abhängigkeit von der Konzentration. Wenn TiO2-Nanopartikellösungen mit hoher Konzentration (2 %) auf Gesichtsmasken gegen E. coli und S. aureus aufgetragen wurden, wurden Wirksamkeiten von 3,7 bzw. 3,34 Log-Reduktionen erzielt, was als starke antibakterielle Aktivität gilt (Tabelle 1). Darüber hinaus betrug die Wirksamkeit gegen E. coli und S. aureus bei einer Konzentration von 1 % jeweils eine Reduktion um 2,1 bzw. 2,01 log, was als signifikante antibakterielle Aktivität angesehen wird (Tabelle 1), während bei einer niedrigen Konzentration (0,5 %) die Die Wirksamkeit gegen E. coli und S. aureus betrug 1,8 bzw. 1,72 log-Reduktion, was ebenfalls als signifikante antibakterielle Aktivität angesehen wird (Tabelle 1). Hochkonzentrierte TiO2-Nanopartikellösungen zeigten eine bessere antimikrobielle Wirksamkeit (P < 0,05). Es gab einen signifikanten Unterschied zwischen den antibakteriellen Aktivitäten in verschiedenen Zeitintervallen innerhalb der Gruppen. Es gab auch einen signifikanten Unterschied in den gesammelten Daten für E. coli und S. aureus (P < 0,05).

Unsere Ergebnisse ähneln früheren Erkenntnissen einiger Autoren 39,40, die eine Verringerung der Bakterienzahl nach Kontakt mit TiO2-Nanopartikeln zeigten.

Ein weiterer Befund zeigte signifikante antibakterielle Aktivitäten nach zwei und vier Stunden, was darauf hindeutet, dass sich die Formulierung verbesserte und die Wirksamkeit steigerte 41. Anfangs sank die Kolonienzahl mit steigenden TiO2-Konzentrationen schnell, aber mit 2 % TiO2 wurde die Kolonienzahl effektiver reduziert. Es wurde berichtet, dass die durch TiO2-Nanopartikel hervorgerufene bakterizide Wirkung von der Zeit, der Konzentration und der Lichtintensität abhängt 40,42,43,44. Die unterschiedlichen antibakteriellen Aktivitäten von TiO2-Nanopartikeln auf E. coli und S. aureus sind wahrscheinlich auf die Unterschiede in den Zellwandstrukturen der Bakterien zurückzuführen. S. aureus hat nur eine Plasmamembran und besitzt eine dicke Peptidoglycanschicht, während E. coli eine dünne Zellwand hat, die aus zwei Zellmembranen besteht 45. Unser Ergebnis ähnelt anderen Erkenntnissen verschiedener Forscher, die über die antibakterielle Wirkung anderer Nanomaterialien berichteten 46,47. In einer ähnlichen Studie zu Gesichtsmasken wurde eine 100-prozentige Reduzierung von E. coli und S. aureus mit minimalen Hemmkonzentrationen von 1/128 bzw. 1/512 berichtet 48. Gogniat et al. 49 fanden heraus, dass die Rate der Zelltötung positiv mit der bakteriziden Wirkung von TiO2 und der Aggregation von TiO2 korreliert, was zur Membranintegrität führt. Verschiedene Studien berichten über unterschiedliche TiO2-Konzentrationen und antibakterielle Aktivitäten 50. Der Inaktivierungsprozess von Bakterien nahm mit zunehmender Einwirkungszeit zu und die Sterilisationseffizienz nahm zu. Dies steht auch im Einklang mit anderen Berichten, die sich mit der Wirkung von TiO2 auf Bakterienzellen befassen 37,51. Caballero et al. untersuchten die Inaktivierung von E. coli und stellten fest, dass die Inaktivierungsrate von E. coli mit abnehmender TiO2-Konzentration zunahm. Sie zeigten auch, dass ein zunehmender Partikelkontakt mit den Bakterien den Desinfektionsprozess verstärkte und dass überschüssiges TiO2 die antibakterielle Wirkung möglicherweise nicht verstärkte 51. In einer ähnlichen Studie haben Margarucci et al. 21 berichteten über eine signifikante Reduzierung der mikrobiellen Belastung (über 90 %) bei Gesichtsmasken, bei denen sowohl E. coli- als auch S. aureus-Bakterien innerhalb von weniger als 1 Stunde verwendet wurden.

Die vorliegende Studie wurde in der Stadt Mekka in Saudi-Arabien durchgeführt, die als Ort einer der größten jährlichen Massenversammlungen der Welt gilt; Daher sind Atemwegserkrankungen ein großes Problem.

Gesundheitsorganisationen empfehlen Pilgern, Gesichtsmasken zu tragen, da diese bekanntermaßen die Übertragung von Atemwegserkrankungen von einer Person auf eine andere verhindern. Bakterienwachstum kann durch die wiederholte Verwendung von Gesichtsmasken, Atmung und Speichelaerosolen verursacht werden. Darüber hinaus könnte die Entsorgung von Gesichtsmasken zu einem erheblichen Anstieg des Abfalls führen, der aufgrund der Menschenmengen und Massenansammlungen als „gefährliche Ansteckungsgefahr“ gilt. Da wären wiederverwendbare Gesichtsmasken mit antimikrobieller Wirkung durchaus hilfreich. Die Ergebnisse dieser Studie werden darüber hinaus zeigen, wie Atemwegserkrankungen bei Massenversammlungen kontrolliert werden können. Diese Ergebnisse sind von großer Bedeutung für die Beurteilung, wie TiO2-Nanopartikel ein wichtiges antimikrobielles Mittel sein können, insbesondere wenn sie sichtbarem Licht ausgesetzt werden, wobei sie Licht absorbieren und als Photokatalysatoren fungieren, die S. aureus und E. coli erfolgreich abtöten. Die antibakteriellen Aktivitäten von Gesichtsmasken, die mit Titandioxid-Nanopartikeln beschichtet sind, würden zu einer ökologischen Nachhaltigkeit in verschiedenen Arbeits- und Freizeitumgebungen führen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die KBE in allen Versuchsgruppen deutlich niedriger waren als in der Kontrollgruppe (Kochsalzlösung). Hochkonzentrierte TiO2-Nanopartikellösungen zeigten eine bessere antimikrobielle Wirksamkeit, und der Unterschied war statistisch signifikant. Gesichtsmasken, die mit Nanopartikellösungen einer hohen Konzentration (2 %) beschichtet waren, zeigten eine starke antibakterielle Aktivität gegen E. coli und S. aureus, während eine signifikante antibakterielle Aktivität sowohl bei Verwendung von 0,5 % als auch 1 % TiO2-Nanopartikellösungen nach 18 Stunden nachgewiesen wurde. Es gab bereits nach 3 Stunden einen statistisch signifikanten Unterschied hinsichtlich der Koloniereduktion zwischen E. coli und S. aureus. Die antibakteriellen Aktivitäten von TiO2 in Gesichtsmasken könnten vielversprechend sein, um das Risiko bakterieller Infektionen zu verringern.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel [und seinen ergänzenden Informationsdateien] enthalten.

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Abteilung für Umwelt- und Gesundheitsforschung, The Custodian of the Two Holy Mosques Institute for Hadsch and Umrah Research, Umm Al-Qura University, Mekka, Saudi-Arabien

Omar B. Ahmed

Fakultät für Maschinenbau, Hochschule für Ingenieurwesen und islamische Architektur, Universität Umm Al-Qura, Mekka, 24372, Saudi-Arabien

Türkiye Alamro

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OBA schrieb den Haupttext des Manuskripts und TA bereitete Abbildungen und Tabellen vor. Beide Autoren haben das Manuskript rezensiert.

Korrespondenz mit Omar B. Ahmed.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Ahmed, OB, Alamro, T. Bewertung der antibakteriellen Wirkung von Gesichtsmasken, die mit Titandioxid-Nanopartikeln beschichtet sind. Sci Rep 12, 18739 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23615-w

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Eingegangen: 13. August 2022

Angenommen: 02. November 2022

Veröffentlicht: 04. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23615-w

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