Kontekst badania
Umywalki do mycia rąk w szpitalach są środowiskiem stale narażonym na kontakt z wodą, środkami myjącymi, resztkami materii organicznej i drobnoustrojami. Autorzy artykułu wskazują, że takie miejsca mogą pełnić rolę rezerwuarów bakterii opornych na środki przeciwdrobnoustrojowe i sprzyjać ich rozprzestrzenianiu w otoczeniu pacjentów. Standardowe działania, takie jak dezynfekcja chemiczna, szorowanie, obróbka cieplna albo wymiana elementów wyposażenia, zwykle dają efekt czasowy, wymagają pracy personelu i nie eliminują ryzyka ponownego zasiedlenia powierzchni między kolejnymi cyklami czyszczenia. Z punktu widzenia projektowania, eksploatacji i utrzymania higieny instalacji sanitarnych w obiektach ochrony zdrowia istotne są więc rozwiązania, które działają dłużej, są odporne na przepływ wody i mogą być nakładane bez specjalistycznego wyposażenia oraz bez stosowania agresywnych rozpuszczalników. Badanie dotyczy właśnie takiej koncepcji: powłok przeciwdrobnoustrojowych opartych na hydrofobizowanych nanowłóknach celulozowych utlenionych metodą TEMPO, tworzących wodoodporną matrycę z olejem silikonowym.
Cele i hipotezy
Celem pracy było sprawdzenie, czy powłoki na bazie nanowłókien celulozowych i emulsji Pickeringa z olejem silikonowym mogą skutecznie przenosić różne substancje przeciwdrobnoustrojowe oraz zachować aktywność w warunkach zbliżonych do użytkowania powierzchni umywalek szpitalnych. Autorzy oceniali nie tylko podstawową skuteczność wobec bakterii modelowych, ale również działanie wobec szczepów lekoopornych oraz trwałość po kontakcie ze środkami zawierającymi surfaktanty, po ścieraniu podczas czyszczenia i po wielokrotnym spłukiwaniu wodą.
Metody badawcze
Badacze przygotowali powłoki z hydrofobizowanych nanowłókien celulozowych utlenionych TEMPO, stabilizujących emulsję Pickeringa z olejem silikonowym. Do matrycy wprowadzano różne środki przeciwdrobnoustrojowe, między innymi surfaktanty kationowe, związki konserwujące, polimery oraz cząstki oparte na metalach. Powłoki nanoszono przede wszystkim na próbki ze stali nierdzewnej, a w części badań także na szkło i polistyren, aby ocenić wpływ rodzaju podłoża na właściwości powierzchniowe. Skuteczność przeciwdrobnoustrojową oznaczano metodą zliczania kolonii, co pozwalało bezpośrednio ocenić liczbę żywych bakterii po kontakcie z powierzchnią. W badaniach użyto między innymi Escherichia coli i Staphylococcus aureus jako reprezentantów bakterii Gram-ujemnych i Gram-dodatnich, a następnie również klinicznie istotnych szczepów opornych i odpowiadających im szczepów wrażliwych. Warunki użytkowe symulowano przez ekspozycję na rozcieńczone produkty zawierające surfaktanty, ścieranie powierzchni mokrym materiałem lub gąbką oraz cykliczny przepływ wody nad pokrytymi próbkami.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Większość formulacji zawierających środek przeciwdrobnoustrojowy osiągała co najmniej 99% redukcji liczby żywych komórek E. coli i S. aureus, czyli redukcję co najmniej o 2 log10. Sama powłoka celulozowo-silikonowa, bez dodatku substancji aktywnej, nie dawała porównywalnego efektu, co wskazuje, że działanie przeciwdrobnoustrojowe wynikało głównie z wprowadzonego środka, a nie z samej matrycy. Spośród badanych substancji szczególnie korzystnie wypadła benzizotiazolinona, określana w artykule skrótem BIT. Powłoki z BIT eliminowały wykrywalne żywe bakterie nawet przy niższych stężeniach dodatku, a w jednym z testów zachowały skuteczność także wtedy, gdy powłokę spłukano po zaledwie minucie od naniesienia, przed pełnym wyschnięciem.
Właściwości powierzchni po pokryciu były dość podobne niezależnie od podłoża. Po naniesieniu powłoki kąty zwilżania wodą mieściły się w zakresie około 83,8–99,7°, co potwierdzało hydrofobowy charakter warstwy. Istotną różnicę zaobserwowano natomiast w uwalnianiu substancji czynnej. BIT przechodził do fazy wodnej znacznie skuteczniej niż porównywany układ CMI/MI: po 1 godzinie osiągał około 25 ppm, a po 24 godzinach około 42 ppm, podczas gdy CMI/MI odpowiednio około 2 i 4 ppm. Autorzy interpretują to jako jedną z przyczyn wyższej skuteczności BIT w warunkach kontaktu bakterii z wodą na powierzchni. Obserwacje mikroskopowe i analiza SEM-EDX wykazały, że BIT występował w powłoce jako cząstkowe wtrącenia rozproszone w matrycy. Może to sprzyjać stopniowemu rozpuszczaniu i przedłużonemu uwalnianiu środka aktywnego.
Powłoki z BIT działały również wobec wielu szczepów lekoopornych istotnych klinicznie. Autorzy nie stwierdzili wyraźnych różnic między szczepami opornymi i wrażliwymi w zakresie podatności na BIT, a powłoki dawały co najmniej 99% redukcji żywych bakterii niezależnie od statusu oporności. To ważne, ponieważ powłoka stosowana w środowisku szpitalnym nie powinna selektywnie sprzyjać przeżyciu szczepów opornych. W testach symulujących pracę umywalki powłoki z BIT zachowały skuteczność po ekspozycji na rozcieńczone środki zawierające surfaktanty i po typowym ścieraniu. Utrata działania pojawiła się dopiero przy ścieraniu z użyciem silnie alkalicznego detergentu zdolnego do usuwania oleju silikonowego. W teście wielokrotnego przepływu wody powłoki z BIT oraz komercyjny środek RA-200 utrzymywały redukcję co najmniej 2 log10 nawet po 50 cyklach, podczas gdy samo nałożenie BIT bez powłoki traciło aktywność po 10 cyklach, a wybrane produkty komercyjne nie wykazywały stabilnego działania.
Wnioski
Badanie pokazuje, że powłoki oparte na hydrofobizowanych nanowłóknach celulozowych i oleju silikonowym mogą być nośnikiem różnych środków przeciwdrobnoustrojowych, a szczególnie obiecujące wyniki uzyskano dla BIT. Rozwiązanie łączy prostą aplikację, wodoodporność i utrzymanie działania po czynnikach typowych dla otoczenia umywalki szpitalnej: kontakcie z surfaktantami, czyszczeniu mechanicznym i częstym przepływie wody. Z praktycznego punktu widzenia najważniejsze jest to, że powłoka nie działa jedynie jak jednorazowo naniesiona substancja chemiczna, lecz ogranicza szybkie wypłukiwanie środka aktywnego i może przedłużać jego dostępność na powierzchni.
Ograniczenia zakresu badawczego
Autorzy nie potwierdzili skuteczności powłok w rzeczywistych warunkach eksploatacji szpitalnej, dlatego konieczne są badania terenowe prowadzone na faktycznie użytkowanych umywalkach i w dłuższej skali czasu. Ograniczeniem jest także ryzyko związane z długotrwałym stosowaniem jednego środka przeciwdrobnoustrojowego, ponieważ oporność bakterii może rozwijać się różnymi mechanizmami. W artykule wskazano potrzebę dalszej oceny czasu schnięcia, grubości powłoki, odporności na wodę oraz możliwości rotacji substancji aktywnych, aby ograniczać ryzyko selekcji szczepów przystosowanych do danego środka.
Kontekst badania
Umywalki do mycia rąk w szpitalach są środowiskiem stale narażonym na kontakt z wodą, środkami myjącymi, resztkami materii organicznej i drobnoustrojami. Autorzy artykułu wskazują, że takie miejsca mogą pełnić rolę rezerwuarów bakterii opornych na środki przeciwdrobnoustrojowe i sprzyjać ich rozprzestrzenianiu w otoczeniu pacjentów. Standardowe działania, takie jak dezynfekcja chemiczna, szorowanie, obróbka cieplna albo wymiana elementów wyposażenia, zwykle dają efekt czasowy, wymagają pracy personelu i nie eliminują ryzyka ponownego zasiedlenia powierzchni między kolejnymi cyklami czyszczenia. Z punktu widzenia projektowania, eksploatacji i utrzymania higieny instalacji sanitarnych w obiektach ochrony zdrowia istotne są więc rozwiązania, które działają dłużej, są odporne na przepływ wody i mogą być nakładane bez specjalistycznego wyposażenia oraz bez stosowania agresywnych rozpuszczalników. Badanie dotyczy właśnie takiej koncepcji: powłok przeciwdrobnoustrojowych opartych na hydrofobizowanych nanowłóknach celulozowych utlenionych metodą TEMPO, tworzących wodoodporną matrycę z olejem silikonowym.
Cele i hipotezy
Celem pracy było sprawdzenie, czy powłoki na bazie nanowłókien celulozowych i emulsji Pickeringa z olejem silikonowym mogą skutecznie przenosić różne substancje przeciwdrobnoustrojowe oraz zachować aktywność w warunkach zbliżonych do użytkowania powierzchni umywalek szpitalnych. Autorzy oceniali nie tylko podstawową skuteczność wobec bakterii modelowych, ale również działanie wobec szczepów lekoopornych oraz trwałość po kontakcie ze środkami zawierającymi surfaktanty, po ścieraniu podczas czyszczenia i po wielokrotnym spłukiwaniu wodą.
Metody badawcze
Badacze przygotowali powłoki z hydrofobizowanych nanowłókien celulozowych utlenionych TEMPO, stabilizujących emulsję Pickeringa z olejem silikonowym. Do matrycy wprowadzano różne środki przeciwdrobnoustrojowe, między innymi surfaktanty kationowe, związki konserwujące, polimery oraz cząstki oparte na metalach. Powłoki nanoszono przede wszystkim na próbki ze stali nierdzewnej, a w części badań także na szkło i polistyren, aby ocenić wpływ rodzaju podłoża na właściwości powierzchniowe. Skuteczność przeciwdrobnoustrojową oznaczano metodą zliczania kolonii, co pozwalało bezpośrednio ocenić liczbę żywych bakterii po kontakcie z powierzchnią. W badaniach użyto między innymi Escherichia coli i Staphylococcus aureus jako reprezentantów bakterii Gram-ujemnych i Gram-dodatnich, a następnie również klinicznie istotnych szczepów opornych i odpowiadających im szczepów wrażliwych. Warunki użytkowe symulowano przez ekspozycję na rozcieńczone produkty zawierające surfaktanty, ścieranie powierzchni mokrym materiałem lub gąbką oraz cykliczny przepływ wody nad pokrytymi próbkami.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Większość formulacji zawierających środek przeciwdrobnoustrojowy osiągała co najmniej 99% redukcji liczby żywych komórek E. coli i S. aureus, czyli redukcję co najmniej o 2 log10. Sama powłoka celulozowo-silikonowa, bez dodatku substancji aktywnej, nie dawała porównywalnego efektu, co wskazuje, że działanie przeciwdrobnoustrojowe wynikało głównie z wprowadzonego środka, a nie z samej matrycy. Spośród badanych substancji szczególnie korzystnie wypadła benzizotiazolinona, określana w artykule skrótem BIT. Powłoki z BIT eliminowały wykrywalne żywe bakterie nawet przy niższych stężeniach dodatku, a w jednym z testów zachowały skuteczność także wtedy, gdy powłokę spłukano po zaledwie minucie od naniesienia, przed pełnym wyschnięciem.
Właściwości powierzchni po pokryciu były dość podobne niezależnie od podłoża. Po naniesieniu powłoki kąty zwilżania wodą mieściły się w zakresie około 83,8–99,7°, co potwierdzało hydrofobowy charakter warstwy. Istotną różnicę zaobserwowano natomiast w uwalnianiu substancji czynnej. BIT przechodził do fazy wodnej znacznie skuteczniej niż porównywany układ CMI/MI: po 1 godzinie osiągał około 25 ppm, a po 24 godzinach około 42 ppm, podczas gdy CMI/MI odpowiednio około 2 i 4 ppm. Autorzy interpretują to jako jedną z przyczyn wyższej skuteczności BIT w warunkach kontaktu bakterii z wodą na powierzchni. Obserwacje mikroskopowe i analiza SEM-EDX wykazały, że BIT występował w powłoce jako cząstkowe wtrącenia rozproszone w matrycy. Może to sprzyjać stopniowemu rozpuszczaniu i przedłużonemu uwalnianiu środka aktywnego.
Powłoki z BIT działały również wobec wielu szczepów lekoopornych istotnych klinicznie. Autorzy nie stwierdzili wyraźnych różnic między szczepami opornymi i wrażliwymi w zakresie podatności na BIT, a powłoki dawały co najmniej 99% redukcji żywych bakterii niezależnie od statusu oporności. To ważne, ponieważ powłoka stosowana w środowisku szpitalnym nie powinna selektywnie sprzyjać przeżyciu szczepów opornych. W testach symulujących pracę umywalki powłoki z BIT zachowały skuteczność po ekspozycji na rozcieńczone środki zawierające surfaktanty i po typowym ścieraniu. Utrata działania pojawiła się dopiero przy ścieraniu z użyciem silnie alkalicznego detergentu zdolnego do usuwania oleju silikonowego. W teście wielokrotnego przepływu wody powłoki z BIT oraz komercyjny środek RA-200 utrzymywały redukcję co najmniej 2 log10 nawet po 50 cyklach, podczas gdy samo nałożenie BIT bez powłoki traciło aktywność po 10 cyklach, a wybrane produkty komercyjne nie wykazywały stabilnego działania.
Wnioski
Badanie pokazuje, że powłoki oparte na hydrofobizowanych nanowłóknach celulozowych i oleju silikonowym mogą być nośnikiem różnych środków przeciwdrobnoustrojowych, a szczególnie obiecujące wyniki uzyskano dla BIT. Rozwiązanie łączy prostą aplikację, wodoodporność i utrzymanie działania po czynnikach typowych dla otoczenia umywalki szpitalnej: kontakcie z surfaktantami, czyszczeniu mechanicznym i częstym przepływie wody. Z praktycznego punktu widzenia najważniejsze jest to, że powłoka nie działa jedynie jak jednorazowo naniesiona substancja chemiczna, lecz ogranicza szybkie wypłukiwanie środka aktywnego i może przedłużać jego dostępność na powierzchni.
Ograniczenia zakresu badawczego
Autorzy nie potwierdzili skuteczności powłok w rzeczywistych warunkach eksploatacji szpitalnej, dlatego konieczne są badania terenowe prowadzone na faktycznie użytkowanych umywalkach i w dłuższej skali czasu. Ograniczeniem jest także ryzyko związane z długotrwałym stosowaniem jednego środka przeciwdrobnoustrojowego, ponieważ oporność bakterii może rozwijać się różnymi mechanizmami. W artykule wskazano potrzebę dalszej oceny czasu schnięcia, grubości powłoki, odporności na wodę oraz możliwości rotacji substancji aktywnych, aby ograniczać ryzyko selekcji szczepów przystosowanych do danego środka.
Artykuł dostępny na stronie czasopisma Scientific Reports