Superfícies de naus espacials autonetejants per combatre microbis

Els tripulants de l’Estació Espacial Internacional no estan sols. A Estudi microbià de superfícies dins del lloc avançat orbital van trobar desenes d’espècies diferents de bacteris i fongs, inclosos patògens nocius com ara Staphylococcus aureus – Se sap que causa infeccions cutànies i respiratòries, així com intoxicació alimentària.

Aquestes poblacions microbianes fins i tot podrien emmalaltir les naus espacials, no només els astronautes. Els bacteris i els fongs produeixen “biofilms” -similars a la placa de les dents- que, al seu torn, poden embrutar-se i menjar-se el metall i el vidre, així com el plàstic i el cautxú.

Aquest problema es va demostrar agut en els darrers dies del predecessor de l’ISS, l’estació espacial Mir, on es van observar colònies microbianes creixent en parts de vestits espacials, aïllament de cables i fins i tot segells de finestres.

“Amb els sistemes immunitaris dels astronautes suprimits per la microgravetat, les poblacions microbianes de futures missions espacials de llarga durada s’hauran de controlar amb rigor”, explica l’enginyer de materials de l’ESA Malgorzata Holynska. “Així que la Secció de Física i Química de Materials de l’ESA col·labora amb l’Istituto Italiano di Tecnologia, IITper estudiar materials antimicrobians que es podrien afegir a les superfícies internes de la cabina”.

L’equip de l’IIT ha començat a treballar en l’òxid de titani, també conegut com a “titania”, que s’utilitza per exemple en vidres autonetejables aquí a la Terra, així com en superfícies higièniques. Quan l’òxid de titani s’exposa a la llum ultraviolada, descompon el vapor d’aigua de l’aire en “radicals lliures d’oxigen”, que mengen tot el que hi ha a la superfície, incloses les membranes bacterianes.

“Els bacteris s’inactiven per l’estrès oxidatiu generat per aquests radicals”, diu Mirko Prato de l’IIT. “Això és un avantatge perquè tots els microorganismes es veuen afectats sense excepció, de manera que no hi ha cap possibilitat que augmentem la resistència bacteriana de la mateixa manera que alguns materials antibacterians”.

L’elecció de l’òxid de titani es va guiar per investigacions prèvies sobre recobriments antimicrobians per a hospitals. L’equip està investigant el mètode per “dopar” el compost; ajustant la seva recepta per augmentar la seva sensibilitat a la part visible de l’espectre de llum.

“Els recobriments antimicrobians a la Terra sovint fan ús de la plata, però aquí volem prescindir-ne”, afegeix Malgorzata. “El problema és que en l’entorn confinat d’una nau espacial, l’exposició prolongada a la plata podria tenir efectes negatius per a la salut dels astronautes; no volem una acumulació de metalls pesants a l’aigua a bord, per exemple, amb plata soluble vinculada a la pell i als ulls. irritació, fins i tot canvis en el color de la pell a dosis molt altes”.

Un dels atractius de l’òxid de titani com a alternativa és la seva aparent estabilitat a llarg termini, explica Fabio Di Fonzo de l’IIT: “Però realitzarem un envelliment artificial dels recobriments per veure com evolucionen amb el temps. I part dels resultats del projecte seran veure quins són els productes de fotodegradació que tornen a l’atmosfera de la cabina un cop els bacteris s’oxidin; òbviament, no volem productes finals que siguin més tòxics que els mateixos microbis”.

Les proves realitzades per l’IIT han aconseguit un recobriment d’òxid de titani amb èxit d’una varietat de superfícies candidates: vidre, hòstia de silici, paper d’alumini i fins i tot teixit de paper de qualitat per a sala blanca. Els recobriments es col·loquen mitjançant diversos mètodes, com ara “deposició física de vapor” i “deposició de capa atòmica”, que implica la col·locació gradual de pel·lícules primes mitjançant l’exposició a productes químics gasosos, tècniques més tradicionalment utilitzades per a la fabricació de dispositius semiconductors.

“Pretenem mantenir aquesta capa antimicrobiana el més prima possible, per no alterar massa les propietats mecàniques dels materials subjacents, per no evitar que els teixits es dobleguin, etc.”, diu Mirko. , milionèsimes de mil·límetre”.

El projecte PATINA, “Optimització de recobriments antibacterians fotocatalítics” es va proposar a través de la Plataforma d’Innovació en Espai Obert de l’ESA, buscant idees noves per a la investigació espacial de qualsevol font. El projecte també cobreix altres tractaments superficials antimicrobians, inclosos materials superhidrofòbics que repel·leixen tota la humitat, la reacció electroestàtica i els materials que alliberen biocides.

A ESTEC, Investigador de l’ESA Mengjiao Wang va realitzar un treball de prova de recobriments, ara succeït per la investigadora Federica Arena.

Aquest nou enfocament antimicrobià complementa la investigació europea existent com ara el Experiment francès espacial-superfície MATISS i la Experiment alemany de superfícies tàctils investigant el creixement bacterià a bord de l’ISS.