Les lasers transforment les surfaces métalliques en tueurs de bactéries

Les chercheurs de l'Université Purdue ont découvert un traitement au laser pour texturer les métaux qui peuvent potentiellement transformer presque n'importe quelle surface métallique en une surface qui élimine rapidement les bactéries qui entrent en contact avec elle. L'étude, publiée dans la revue Interfaces de matériaux avancés en avril 2020, pourrait contribuer à briser les chaînes de transmission des superbactéries courantes et à réduire le nombre d'infections résultant d'une propagation indirecte à travers ces surfaces.

Les ingénieurs de l'Université Purdue ont créé une méthode de traitement au laser qui pourrait potentiellement transformer n'importe quelle surface métallique en un tueur de bactéries rapide – simplement en donnant à la surface du métal une texture différente.

Pourquoi la désinfection des surfaces est-elle importante?

Les bactéries sont responsables de nombreuses maladies qui rendent notre vie difficile – la salmonelle, les furoncles et la syphilis ne sont que quelques-uns des innombrables types de dommages que les bactéries peuvent causer à notre corps. L'une des choses ennuyeuses à propos des bactéries est que la plupart d'entre elles peuvent survivre sur des surfaces métalliques pendant de longues périodes. Ajoutez cela au fait que la plupart des choses que nous touchons le plus souvent – les poignées de porte, les accessoires de salle de bain, les clés de voiture – sont en métal et vous avez une multitude d'agents pathogènes potentiels qui attendent de sauter sur votre peau.

Le nouveau processus pourrait changer tout cela, en transmutant les métaux des zones de rencontre amicales en tuant les champs pour les bactéries. Il fonctionne en utilisant un laser pour modifier la texture de surface du métal. Le cuivre, par exemple, est souvent utilisé comme matériau naturellement antimicrobien; cependant, il faut des heures pour tuer la plupart des bactéries à sa surface. Mais avec le traitement de Purdue University, le nombre de bactéries qui entrent en contact et meurent s'accélère instantanément de façon spectaculaire, ce qui la rend cliniquement utile.

Un laser se prépare à texturer la surface du cuivre, améliorant ses propriétés antimicrobiennes. (Photo de l'Université Purdue / Kayla Wiles)

Le cuivre a généralement une surface lisse. Cela limite la zone de contact avec les bactéries, ce qui se traduit par le nombre de bactéries qui meurent. Auparavant, des efforts ont été faits pour utiliser des revêtements de nanomatériaux pour améliorer la surface du métal, mais ceux-ci se sont détachés très facilement et étaient souvent toxiques.

Comment la gravure au laser fonctionne pour tuer plus de bactéries

Avec la nouvelle approche, la technologie fonctionne avec le métal lui-même. Ils utilisent un laser pour graver des rainures nanométriques dans le métal, augmentant sa surface et améliorant ses propriétés antibiotiques. Travailler avec le métal natif rend cela beaucoup plus solide que les technologies existantes – il ne déteint pas et ne nuit pas à l'environnement.

« Ce qui est bien avec notre processus, c'est que ce n'est pas quelque chose que nous ajoutons à la surface », explique Rahim Rahimi de la division d'ingénierie des matériaux de l'Université Purdue, « donc il n'y a aucun type de matériau supplémentaire requis. Il n'y a pas d'antibiotiques, pas de revêtement par pulvérisation. Il s'agit simplement de modifier la surface native du matériau… « nous avons créé un processus robuste qui génère de manière sélective des motifs micrométriques et nanométriques directement sur la surface ciblée sans altérer la masse du matériau. » Des recherches sont en cours sur l'utilisation de cette procédure sur des alliages ayant des propriétés antimicrobiennes préexistantes.

Il a été prouvé que la surface traitée améliore les propriétés de destruction des germes – même avec des agents pathogènes agressifs qui ont développé une résistance aux antibiotiques conventionnels tels que le SARM. Cependant, le matériel n'a pas encore été développé au point où il peut éliminer des virus tels que ceux responsables de la pandémie de COVID-19, car ces virus sont beaucoup plus petits que les bactéries. Les surfaces gravées se sont révélées efficaces sur les bactéries à Gram négatif et à Gram positif.

Peut-il rendre les implants médicaux plus sûrs?

Cette technologie va bien au-delà du fait de rendre les poignées de porte plus hygiéniques. Cependant: Rahimi et son équipe travaillent à l'adapter pour une utilisation avec des implants orthopédiques et des patchs portables. Les implants sont un endroit vulnérable du système immunitaire du corps en raison de leur nature intrinsèquement étrangère. Cela signifie que des mesures supplémentaires doivent être prises pour protéger ces zones sujettes aux infections. Habituellement, les antibiotiques sont utilisés pour empêcher la formation de biofilm bactérien, mais cela peut entraîner une résistance aux antibiotiques chez les bactéries.

La technique de gravure au laser de l'Université Purdue peut empêcher cela en raison de l'énorme renforcement qu'elle donne à la nature antimicrobienne de la surface de l'implant, sans l'utilisation d'antibiotiques ou de revêtements anti-adhérents qui pourraient ralentir l'intégration de l'implant dans le corps.

La gravure de la surface des métaux avec des motifs nanoscopiques présente un autre avantage: elle rend le matériau beaucoup plus hydrophile. Plusieurs études ont été menées sur les surfaces hydrophiles et sur la façon dont elles facilitent la cicatrisation: il a été démontré qu'elles contrôlent l'inflammation, aident les cellules osseuses à se réattacher plus fortement, améliorent l'intégration de l'implant avec le corps et contribuent à une ostéogenèse ou à une régénération osseuse plus rapide. Rahimi et son équipe ont observé ce comportement dans les cellules des fibroblastes. De plus, lorsqu'elles sont utilisées dans des plaques de plaie, les surfaces hydrophiles aident le sang à coaguler plus efficacement et réduisent le potentiel d'infection.

La gravure au laser est-elle commercialement viable?

Avec sa simplicité et sa nature évolutive, le processus de gravure au laser mis au point par l'Université Purdue est facile à intégrer dans les pratiques de fabrication déjà en vigueur pour les dispositifs médicaux. Les bactéries vont des ennuis aux tueurs qui mettent la vie en danger, et d’énormes quantités de travail d’une équipe médicale sont consacrées à les garder à l’écart. La gravure au laser pourrait fournir un moyen utile d'alléger considérablement ce fardeau.