Potenciales de interacción Lifshitz–van der Waals entre bacterias y nanoestructuras de TiO2

CAMILA IVON MASONEVES; JONATHAN M. SCHUSTER; MARIO R. ROSENBERGER; MARGARITA E. LACZESKI

Río Cuarto

Congreso; XXI Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2022

La adhesión y colonización bacteriana de superficies son fenómenos con un alto interéssocioeconómico en todo el mundo. La contaminación bacteriana y el crecimiento del biofilms afectan muchos aspectos de la sociedad, desde la corrosión bio-inducida de materiales industriales hasta la colonización de implantes biomédicos. Las aleaciones de titanio son uno de los materiales más utilizados en aplicaciones biomédicas, sobre dichas aleaciones es posible sintetizar recubrimientos de dióxido de titanio (TiO2) para mejorar las propiedades superficiales como la biocompatibilidad e inclusive agregar nuevas como la capacidad de inhibir la adhesión bacteriana. Actualmente existe una tendencia hacia el estudio del papel que desempeña la nanotopografía del TiO2 en el proceso de adhesión bacteriana, a raíz de resultados ontradictorios observados en las pruebas de adhesión in vitro entre diferentes trabajos. La adhesión bacteriana también puede estudiarse de manera teórica utilizando la teoría de Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek extendida (XDLVO), mediante la cual es posible calcular la energía de interacción (E) y así modelar la interacción entre células bacterianas y superficies. Según esta teoría la E en un medio acuoso es la suma de la energía libre de interacción de Lifshitz van der Waals (LW), la energía libre de interacción de la doble capa electrostática y laenergía libre de interacción ácido-base de Lewis (atracción hidrofóbica y repulsión hidrofílica).El objetivo de este trabajo es calcular el potencial de interacción LW entre una bacteria (esférica) y una superficie de TiO2 nanoestructurada utilizando el método de integración de elementos de superficie (SEI) para obtener los potenciales XDLVO exactos. La nanoestructura analizada (ver Figura 1) es la de nanoranura con profundidad (d) variable (10 a 150 nm) yancho de ranura y tabique (e) constante de 100 nm. Los potenciales se comparan con el de una superficie lisa (es decir, d=0). Se analizaron las distancias de separación (H) de 1 a 30 nm desde el borde más próximo de la bacteria y superficie superior del tabique. El centro de la bacteriacoincide con el centro del tabique. La constante de Hamaker para el sistema bacteria-TiO2 inmersos en agua fue de -4×10-20 J. Se encontró que la energía de interacción de la superficie lisa (Elisa) es siempre mayor que la energía de interacción de la superficie nanoestructurada (Enano). La relación Elisa/Enano varía con H y parece converger a un valor de 1.28 para H=1 nm mientras que a distancia intermedias toma valores de hasta 1.8 para d=150 nm y de hasta 1.35 para d=10 nm. Los resultados demuestran que es posible modelar los potenciales de interacción XDLVO considerando la nanotopografía del TiO2, dichos potenciales serán útiles a la hora de interpretar los resultados de pruebas de adhesión bacteriana in vitro.