Kenaikan Cepat Bahan Antibakterial & Antimikroba: Membentuk Masa Depan Kesehatan & Keselamatan

Munculnya agen infeksi baru telah menjadi khawatiran signifikan – kini lebih dari sebelumnya saat dunia menghadapi konsekuensi kesehatan dan ekonomi yang dibawa oleh pandemi global. Pengembangan dan penggunaan bahan antimikroba hanya diharapkan akan meningkat saat kita menerapkan tindakan yang lebih ketat dalam mengontrol lingkungan kita dan mencegah wabah di masa depan.

Dorong oleh kesadaran yang meningkat mengenai keselamatan dan pemeliharaan kesehatan, industri lapisan antimikroba global mengantisipasi peningkatan tajam dalam permintaan, sebagaimana dilaporkan oleh Global Market Insights.

Pasar bahan dan lapisan antibakterial bernilai lebih dari $3 miliar pada tahun 2017. Diperkirakan akan mencatat laju pertumbuhan tahunan majemuk sekitar 12,5% selama 2018-2024, mencapai $7 miliar pada akhir tahun 2024.

Agen infeksi biasanya menyebar melalui titik udara yang dihasilkan dari bersin atau batuk. Cairan tubuh ini dapat mengendap pada permukaan, dan transmisi orang ke orang mungkin jika seseorang menyentuh titik pernapasan ini.

Dalam studi yang dilakukan oleh Neely dan Maley, patogen seperti Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) dan vancomycin-resistant enterococcus ditemukan untuk bertahan selama satu hari pada bahan yang digunakan di rumah sakit.

Beberapa mikroba bahkan bertahan lebih dari 90 hari. Mikroorganisme ini endemik di unit perawatan intensif (ICU) dan dikaitkan dengan kemungkinan yang meningkat dari penyakit dan kematian. Desinfektan, seperti peroksida hidrogen, tidak ideal karena efek residu yang terbatas dan masalah toksisitas lingkungan.

Struktur saat ini memanggil kebutuhan untuk menjelajahi bahan yang dapat memberikan aktivitas antimikroba, sehingga mengurangi kejadian kemungkinan wabah.

Bahan antibakterial ideal

Bahan antibakterial berisi agen antimikroba yang mampu untuk menghambat atau membunuh mikroba di permukaan atau di lingkungannya. Mereka dapat berupa polimer antimikroba, plastik antibakterial, nanomaterial antimikroba, atau keramik antimikroba.

Bahan antimikroba ideal menampilkan fitur berikut:

• aman untuk digunakan;
• murah dan mudah disintesis;
• covers a wide range of antimicrobial activity;
• sangat stabil untuk jangka waktu yang lama;
• tidak larut dalam air (jika digunakan dalam disinfectasi air);
• tidak rentan terhadap kerusakan;
• tidak boleh melepaskan produk beracun.

Jenis bahan dan lapisan antimikroba

1. Polimer antimikroba

Properti makromolekuler serbaguna dari polimer menjadikannya opsi yang menguntungkan terhadap kontaminasi mikroba, terutama di bidang medis. Juga dikenal sebagai bioisida polimer, polimer antimikroba dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang menyebabkan penyakit.

Prinsip umum permukaan antimikroba [1].

Bahan yang menunjukkan aksi antimikroba tanpa refinements apa pun dan memiliki properti pembersih sendiri bawaan disebut bahan antimikroba intrinsic. Polimer alami, polimer dengan grup guanidin, polimer yang mengandung atom nitrogen kuaterniter, polimer yang mengandung halogen, dan polimer yang meniru peptida alami adalah beberapa dari banyak bahan polimer dengan aktivitas antimikroba intrinsic.

Beberapa polimer alami termasuk kitosana, heparin, dan e-polilisin. Bahan berbasis kitosana dilihat dengan potensi yang menjanjikan karena biodegradabilitas, non-toksisitas, biokompatibilitas, dan aktivitas antimikroba.

Memberikan aktivitas antimikroba pada polimer juga mungkin melalui modifikasi kimia. Beberapa modifikasi termasuk incorporasi kovalen antimikroba berat molekul rendah, coupling peptida antimikroba, dan grafting polimer alami ke dalam polimer sintetis.

Kemasan makanan polimerik antimikroba semakin umum saat perusahaan beralih ke kemasan antibakterial untuk produk yang lebih aman dan umur simpan yang lebih lama.

Aplikasi lain dari polimer antimikroba dapat ditemukan dalam remediasi jamur, lapisan serbuk, dan industri konstruksi.

2. Plastik antibakterial

a) Plastik antimikroba

Plastik antimikroba adalah bahan polimer sintetis yang mengandung aditif antimikroba, yang membuatnya efektif terhadap pertumbuhan mikroba. Ia menunjukkan properti antibakterial dengan mengganggu komunikasi sel terhadap sel melalui pembentukan permukaan anti-adesif, sehingga membunuh bakteri.

Plastik antimikroba dalam penggunaan komersial, seperti kursi makan tinggi, filter air, dan wadah penyimpanan makanan, lebih tahan lama daripada plastik tanpa aditif antimikroba aktif. Aditif yang dicampur ke dalam polimer termoplastik dan termoset bekerja untuk meminimalkan keberadaan mikroorganisme yang menyebabkan plastik degradasi lebih cepat, lebih memperpanjang umur fungsi plastik. Beberapa bahan plastik yang kompatibel termasuk polipropilena (PP), policarbonat (PC), polistiren (PS) dan polietilena (PE/LDPE).

b) Plastik bio antimikroba

Albumin, soya, dan protein whey berfungsi sebagai bahan baku yang menguntungkan untuk manufaktur bioplastik. Plastik berbasis albumin menghambat pertumbuhan E. coli dan bacillus subtilis di permukaannya, sementara imunoglobulin dan glikomakropeptida yang ditemukan dalam whey protein mengikat toksin dan mencegah infeksi mikroba.

Ada juga metode uji yang tersedia untuk menentukan apakah plastik albumin atau whey dapat digunakan dalam sistem kesehatan, seperti dalam kemasan produk medis dan pengujian infeksi untuk aplikasi medis.

3. Keramik antimikroba

Keramik antimikroba adalah bahan padat non-logam yang disatukan dengan aditif dalam glazu yang membuatnya tahan terhadap pertumbuhan bakteri. Dalam studi yang dilakukan oleh Drelich et al., ditunjukkan bahwa keramik yang diinfus tembaga dapat berfungsi sebagai produk antibakterial yang menjanjikan untuk disinfectasi air.

(a) skematik dari tiga tahap dalam pembuatan batu keramik antimikroba; (b) batu keramik; (c) pola difraksi x-ray dari tanah liat yang digunakan dalam formulasi batu; (d) mikroskop elektron pemindaian batu keramik yang mengungkap porositas [2].

Tembaga dan senyawa tembaga dikatakan membunuh berbagai mikroorganisme, termasuk bakteri (gram positif dan negatif), jamur, virus (berlapis dan tidak berlapis), ragi, dan spora.

Ia mampu membunuh 99,9% bakteri berbahaya dalam dua jam dan untuk terus membunuh lebih dari 99% bakteri terlepas dari paparan berulang pada permukaan tembaga, menurut Copper Development Association (CDA). Populasi Klebsiella pneumoniae dan Staphylococcus aureus dalam air terkontaminasi, saat terpapar batu keramik antimikroba yang diinfus tembaga berpori, dikuurangi lebih dari 99,9% dalam 3 jam.

Aplikasi keramik antibakterial dapat ditemukan dalam wasbak, bak mandi, toilet, kamar mandi, dan peralatan dapur.

4. Nanomaterial antimikroba

a) Nanopartikel organik dan anorganik

Nanopartikel organik dapat menghilangkan mikroba dengan melepaskan agen antimikroba atau permukaan membunuh kontak kationik. Dalam eksperimen yang dilakukan oleh Jones et al., Poly-epsilon- caprolactone (PCL) dicampur dengan poly(N-Vinylpyrrolidone)-iodine, memberikan properti antibakterial pada biomaterial sebagai akibatnya, tanpa perubahan pada properti mekanik atau reologi. Degradasi PCL juga mempromosikan anti-adesensi Escherichia coli.

Representasi skematis dari berbagai jenis nanopartikel (NP) yang dibagi ke dalam kategori organik, hibrid, dan anorganik [3].

Nanopartikel anorganik lebih stabil pada suhu yang lebih tinggi daripada sejenis organiknya, memungkinkan mereka untuk menahan kondisi pemrosesan yang keras. Akibatnya, nanopartikel anorganik sering digunakan sebagai bahan antimikroba.

b) Nanopartikel oksida logam

Nanopartikel oksida logam menyebabkan kerusakan sel membran melalui interaksi elektrostatis. Kelebihan proton menginduksi pembentukan spesies reaktif oksi yang merusak biomolekul organik seperti lemak, karbohidrat, asam nukleat, dan protein, sehingga menyebabkan kematian mikroba.

Oksida aluminium menunjukkan inhibisi pertumbuhan Escherichia coli. Trioksida antimoni juga beracun pada Staphylococcus aureus dan Bacillus subtilis mikroba. Nanopartikel oksida logam lain seperti oksida kobalt, oksida besi, oksida magnesium, oksida seng, dioksida titanium, dan nanopartikel perak juga menunjukkan hasil yang menjanjikan dari aktivitas antimikroba.

Nanopartikel perak memiliki properti antibakterial yang unggul dibandingkan logam lain. Ikatan kuat ion perak dengan grup thiolate protein dan enzim seluler menjadikannya aditif ideal dalam kain kesehatan seperti masker wajah, tirai pribadi, pengelap, peluka luka, selimut, dan tekstil lainnya yang terkait dengan kesehatan. Pada tahun 2015, penggunaan perak dalam lapisan serbuk antimikroba mencakup 50% dari total pendapatan industri. Juga diharapkan akan menghasilkan $2 miliar pada tahun 2024.

Apa selanjutnya?

Hanya masalah waktu sebelum bahan antibakterial, khususnya di pasar lapisan permukaan, mendapatkan daya tarik sebagai bahan baku utama sejalan dengan penerapan normas yang lebih ketat oleh pemerintah dalam memberlakukan tindakan sanitasi sendiri.

Selain itu, aplikasinya di banyak industri seperti konstruksi, kemasan makanan, tekstil, remediasi jamur, furnitur, peralatan dapur, dan otomotif akan memperkuat posisinya di pasar global.