Un equipo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMSE-CSIC), ubicado en el Parque Científico Tecnológico Cartuja, y la empresa de electrodomésticos BSH International (Zaragoza) ha diseñado un recubrimiento antibacterias para proteger las superficies de acero inoxidable. Esta capa está compuesta por material nanométrico que frena el deterioro del metal y es resistente a la humedad. De este modo, alarga la vida útil del acero y, además, repele agentes patógenos del mismo. Este material podría emplearse como película protectora para instrumental médico o electrodomésticos.

El equipo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMSE-CSIC).

Los investigadores emplean este recubrimiento, formado por filamentos de acero, 1.000 veces más pequeños que la punta de un cabello, sobre superficies de acero inoxidable. Este material posee multitud de aplicaciones dadas sus propiedades físicas, que evitan el deterioro que habitualmente sufre el metal con el paso del tiempo. Se emplea en cuberterías y menaje, baterías de cocina, paradas de autobús, ascensores, equipamiento para la fabricación de productos alimentarios, entre otros. No obstante, no es infalible: ataques químicos como la exposición a ambientes abrasivos (por ejemplo, la humedad excesiva) o distintos tipos de bacterias pueden dañar el material.

En el estudio titulado ‘Electron beam evaporated vs. magnetron sputtered nanocolumnar porous stainless steel: Corrosion resistance, wetting behavior and anti-bacterial activity’ y publicado en Materials Today Communication, los expertos explican que su objetivo era encontrar una técnica que, por un lado, pudiera emplearse a nivel industrial. “Por otro lado, necesitábamos que nos permitiera crecer las nanopartículas para que adoptaran forma de columna, de modo que evitaran los efectos de la humedad, eliminasen las bacterias de las superficies de acero inoxidable y mantuvieran las cualidades anticorrosivas del acero”, explica el investigador del ICMSE-SCIC Víctor Rico.

Dos técnicas

Para que el recubrimiento nanocolumnar creciera, los expertos aplicaron dos técnicas. La primera, evaporación de haz de electrones, es un proceso en el que un bloque de acero se calienta hasta la sublimación (pasa de fase sólida a vapor). Este método emplea un filamento incandescente que funciona de manera similar a una bombilla que recibe su energía de un generador de alta tensión. El proceso se realiza en un entorno de alto vacío -es decir, con muy baja presión atmosférica similar a la del espacio-. Así, forma la fina película de nanopartículas y se adhiere con el acero de la superficie.

Las nanopartículas de acero tienen forma de columna.

El segundo método es la pulverización catódica, una técnica física que funciona de manera similar a un juego de billar. Los átomos, que se introducen en la cámara de vacío en la que se realiza el proceso, se activan por medio de un voltaje y ejercen una función similar a la de una bola blanca al inicio de un juego de billar. De este modo, ‘golpean’ el metal para que se desprendan las nanopartículas y se adhieran a una superficie. “En el proceso se produce una descarga luminosa, llamada plasma y formada por los átomos activados del interior del reactor”, indica Víctor Rico.

Una vez desarrollaron este recubrimiento, los expertos probaron la eficacia de las nanocolumnas empleando la bacteria Escherichia coli (E.Coli), un microorganismo modelo empleado frecuentemente en investigaciones científicas. Los investigadores depositaron este agente patógeno en la superficie y observaron cómo las nanoestructuras frenaban la formación de biopelículas, es decir, comunidades bacterianas con la capacidad de resistir productos de limpieza y adherirse más a la superficie de acero inoxidable.

Útiles en el ámbito sanitario

De este modo, los expertos comprobaron que las nanoestructuras eran eficaces ante estos agentes patógenos y la humedad, y además conservaban las propiedades anticorrosivas del acero inoxidable. “Nosotros hemos probado estas técnicas en el laboratorio, pero pueden implementarse a nivel de producción industrial para desarrollar superficies de acero inoxidable mejoradas e inocuas, que sean útiles en ámbitos como el sanitario”, comenta Víctor Rico.

El recubrimiento está formado por filamentos de acero, 1.000 veces más pequeños que la punta de un cabello.

Actualmente, el grupo Nanotecnología de Superficies se centra en el desarrollo de otras nanoestructuras que mejoren el funcionamiento de otros materiales. Por ejemplo, ventanas termocrómicas, es decir, que cambien de color con la temperatura. De este modo, podrían elaborar cristales que reflejen la luz infrarroja solar. Así, no penetraría esta radiación y se mantendría un ambiente fresco en el interior.

Este trabajo ha sido financiado por fondos FEDER y la Agencia Estatal de Investigación del Ministerio de Ciencia e Innovación (proyectos PID2019- 110430GB-C21, PID2019-109603RA-I0 and PID2020-112620GB-I00) y la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía. Asimismo, ha recibido apoyo del programa Horizonte 2020 del Consejo Europeo de Investigación (proyectos FETOPEN-01-2018-2019-2020 – SOUNDofICE).

Referencias

Bobaru, S.; Rico-Gavira, V.; García-Valenzuela, A.; López-Santos, C. & González-Elipe, A. R. (2022). ‘Electron beam evaporated vs. magnetron sputtered nanocolumnar porous stainless steel: Corrosion resistance, wetting behavior and anti-bacterial activity’. Materials Today Communications, 31, 103266.

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