Inhibición de la formación de biofilms de E. coli en aceros inoxidables ferríticos por texturizado superficial mediante pulsos láser ultracortos

Abstract

La adhesión y el crecimiento de bacterias sobre distintas superficies desemboca en la formación de biopelículas. Esto es, actualmente, uno de los problemas con mayor gravedad en el ámbito sanitario e industrial, especialmente en la industria alimentaria, ya que las bacterias que integran la biopelícula adquieren nuevas características, tales como la resistencia a la desinfección y los antibióticos, lo cual provoca que su eliminación sea mucho más complicada. Esto acarrea consecuencias directas, como problemas sanitarios y la contaminación de alimentos o maquinaria de procesado, que se traduce en pérdidas económicas sustanciales. Por este motivo, es necesario la creación o de nuevas superficies donde se impida o dificulte la adherencia bacteriana. Ante la probada ineficiencia de otros métodos, ha emergido con fuerza la tecnología láser como método de texturizado para modificar las superficies a escala micro y nanométrica, y así, lograr una disminución de la adherencia bacteriana en el acero inoxidable, debido a su extendido uso a nivel hospitalario e industrial. Así, con el presente Trabajo de Fin de Grado, se ha estudiado la influencia de la irradiación por pulsos láser ultracortos en la adherencia bacteriana sobre probetas de acero inoxidable ferrítico con acabado brillante. Para ello se han desarrollado diferentes programas de texturizado, obtenidos en función de determinados parámetros, como son la velocidad de escaneo del láser, el interlineado y la potencia. Se ha evaluado la capacidad de dichos texturizados para evitar la adherencia, usando Escherichia coli como microorganismo modelo, y se han caracterizado las superficies tratadas en términos de mojabilidad (mediante la medida del ángulo de contacto estático) y rugosidad (mediante los parámetros Sa, Ssk y Sku). Asimismo, para conocer no solo el efecto del tratamiento láser sobre la adherencia bacteriana, sino también sobre las propiedades originales del acero inoxidable, se ha estudiado si se produce, o no, una disminución de su brillo a través de la medida del valor de reflectancia luminosa (LRV). Se han obtenido resultados muy prometedores, logrando disminuir con algunos tratamientos la adherencia de E. coli hasta casi un 50% en comparación con el acero sin tratar. Asimismo, se ha logrado, también, alterar la mojabilidad y la rugosidad superficial, siendo esta última aumentada ligeramente en todos los casos. El brillo original de la superficie no ha sido alterado gravemente con casi ningún tratamiento. En lo que respecta a la adherencia de E. coli, se ha observado que tanto la energía irradiada por unidad de área, como el ángulo de contacto y la rugosidad influyen de manera significativa, pudiendo tanto aumentarla como disminuirla. Así, se han podido establecer intervalos de estos parámetros, de tal modo que los mejores tratamientos se corresponden, por lo general, a aquellos donde se han irradiado menos de 1.67 J/cm2, tienen un ángulo de contacto entre 90 y 120°, y una rugosidad con Sa no superior a 50 nm. Es muy positivo comentar también que estos tratamientos no afectan significativamente al brillo original del acero. En conclusión, una ligera alteración de las características superficiales, irradiando poca energía y aumentando la hirofobicidad sin crear demasiada rugosidad parece ser clave a la hora de reducir la adherencia de E. coli en el acero inoxidable ferrítico brillante, abriendo así la puerta a la implementación de este, en sustitución a otros tipos de acero a escala industrial.