Polipropileno modificado com semicondutores a base de prata: compósitos com alta potencialidade contra SARS-CoV-2 e outros patógenos
Abstract
The worldwide outbreak of the coronavirus (COVID-19) pandemic and other
emerging infections is difficult and sometimes impossible to treat, making them
one of the major public health issues of recent times. It is noteworthy that Ag based semiconductors can help to orchestrate several strategies to combat this
serious social problem. In this thesis, we present the synthesis of Ag3PO4, α Ag2WO4, β-Ag2MoO4 and Ag2CrO4 and their immobilization in polypropylene in
amounts of 0.5, 1.0 and 3.0% (w/w), respectively. Synthesized materials were
characterized by XRD, Raman spectroscopy, FTIR spectroscopy, AFM, UV-vis
spectroscopy, rheology, SEM and contact angle to confirm their structural
integrity. The activity of the composites was investigated against the Gram negative bacteria Escherichia coli, the Gram-positive bacteria Staphylococcus
aureus and the fungus Candida albicans. The best antimicrobial efficiency was
obtained by the composite with α-Ag2WO4, which completely eliminated
microorganisms within 4 h of exposure. The composites were also tested for
inhibition of the SARS-CoV-2 virus, showing antiviral efficiency greater than
98% in just 10 min. Furthermore, based on the results of first principles
calculations at the density functional level, a plausible reaction mechanism for
the initial events associated with the generation of both hydroxyl radicals •OH
and superoxide radical anion •O2– on the more reactive surface (110) of the
Ag3PO4 semiconductor. The stability of the antimicrobial activity was evaluated,
resulting in constant inhibition, even after the aging of the material. The
antimicrobial activity of the compounds was attributed to the production of
reactive oxygen species by semiconductors, which can induce high local
oxidative stress, causing the death of these microorganisms. Ag/PP-based
semiconductor composites have proven to be an attractive outlet for providing
humans with a broad spectrum of biocidal activity. El brote mundial de la pandemia de coronavirus (COVID-19) y otras infecciones
emergentes son difíciles y, a veces, imposibles de tratar, lo que las convierte en
uno de los principales problemas de salud pública de los últimos tiempos. Cabe
señalar que los semiconductores basados en Ag pueden ayudar a orquestar
varias estrategias para combatir este grave problema social. En esta tesis
doctoral presentamos la síntesis de Ag3PO4, α-Ag2WO4, β-Ag2MoO4 y Ag2CrO4 y
su inmovilización en polipropileno en cantidades de 0.5, 1.0 y 3.0% en peso,
respectivamente. Los materiales fabricados se caracterizaron por XRD,
espectroscopia Raman, espectroscopia FTIR, AFM, espectroscopia UV-vis,
reología, SEM y ángulo de contacto para confirmar su integridad estructural. La
actividad de los compuestos se investigó contra la bacteria Gram-negativa
Escherichia coli, la bacteria Gram-positiva Staphylococcus aureus y el hongo
Candida albicans. La mejor eficacia antimicrobiana se obtuvo para el composite
α-Ag2WO4, que eliminó por completo los microorganismos a las 4 h de
exposición. Los composites también se probaron para la inhibición del virus
SARS-CoV-2, mostrando una eficacia antiviral superior al 98 % en solo 10
minutos. Además, en base a los resultados de los cálculos DFT (teoría de
funcional de densidad), se ha propuesto un mecanismo de reacción plausible
para los eventos iniciales asociados con la generación de radicales hidroxilos
•OH y anión radical superóxido •O2– en la superficie más reactiva (110) del
semiconductor Ag3PO4. Se evaluó la estabilidad de la actividad antimicrobiana,
resultando en una inhibición constante, incluso después del envejecimiento del
material. La actividad antimicrobiana de los compuestos se atribuyó a la
producción de especies reactivas de oxígeno por parte de los semiconductores,
que pueden inducir un elevado estrés oxidativo local, provocando la muerte de
estos microorganismos. Los compuestos semiconductores basados en Ag/PP
han demostrado ser una alternativa atractiva para proporcionar a los seres
humanos un amplio espectro de actividad biocida.
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