Des chercheurs développent des lingettes nettoyantes, naturelles, antimicrobiennes et lavables

«Des chercheurs développent des lingettes nettoyantes, naturelles, antimicrobiennes et lavables», source ARS de l’USDA.

La plupart des lingettes antimicrobiennes, qui sont principalement constituées de fibres synthétiques comme le polyester et le polypropylène, sont jetées après une seule utilisation et finissent dans des décharges où elles peuvent rester pendant des centaines d'années et devenir une source de pollution environnementale par les fibres microplastiques. Mais des chercheurs de l’ARS de l’USDA) ont récemment mis au point des lingettes antimicrobiennes durables lavables en machine qui peuvent être utilisées au moins 30 fois pour nettoyer les surfaces dures et non poreuses.

Il y a eu une augmentation remarquable de l'utilisation de lingettes antimicrobiennes en raison de la sensibilisation croissante à la protection de la santé personnelle. Selon le rapport du Antimicrobial Wipes Market Outlook, le marché mondial des lingettes antimicrobiennes devrait atteindre 21,6 milliards de dollars d'ici 2030.

Des chercheurs de l'ARS ont développé des lingettes antimicrobiennes en utilisant de la fibre de coton brut qui produit naturellement des nanoparticules d'argent à l'intérieur de la fibre en présence d'un précurseur d'argent. Ces nanoparticules d'argent incorporées peuvent alors libérer des ions d'argent qui agissent comme des agents antibactériens et tuent les bactéries dangereuses.

«Les nanoparticules d'argent sont l'un des agents antimicrobiens populaires utilisés pour produire des produits textiles anti-infectieux et anti-odeurs et d'autres produits de santé personnels», a déclaré Sunghyun Nam, ingénieur de recherche à la Cotton Chemistry and Utilization Research Unit de l'ARS, Nouvelle-Orléans.

Selon Nam, les personness pourront nettoyer les surfaces en mouillant les chiffons antimicrobiens avec de l'eau du robinet, puis en essuyant les surfaces. Dans leurs recherches, les scientifiques ont découvert que les lingettes tuaient 99,9% des bactéries dangereuses, S. aureus et P. aeruginosa sur les surfaces.

La technologie derrière cette recherche est avantageuse à plusieurs égards. Elle omet des prétraitements conventionnels des fibres de coton brut (tels que le lavage et le blanchiment), qui consomment un grand nombre de produits chimiques et d'énergie. Elle ne nécessite aucun agent chimique à l'exception d'un précurseur d'argent.

Elle transforme également les fibres de coton elles-mêmes en agents antimicrobiens plutôt que de servir de support d'agents antimicrobiens, ce qui les rend réutilisables. Les lingettes antimicrobiennes sont fabriquées à partir de fibres de coton naturelles, plutôt que de fibres synthétiques conventionnelles à base de pétrole.

Pour réutiliser les lingettes, les personnes peuvent simplement les laver à la machine.

«Nous avons également constaté que les lingettes détruisaient toujours avec succès les agents pathogènes, même après avoir été lavées 30 fois en machine», a déclaré Nam. «Les lingettes régénèrent leur surface antimicrobienne chaque fois qu'elles sont mouillées ou lavées car les nanoparticules incorporées agissent comme un réservoir d'ions d'argent.»

Nam a déclaré qu'un autre avantage important de la technologie d'intégration est de minimiser les impacts environnementaux négatifs liés à la lessivage des nanoparticules.

«Ces lingettes sont conçues pour dégager progressivement de faibles niveaux d'ions d'argent des nanoparticules intégrées à l'intérieur de la fibre de coton pendant toute la durée d'utilisation et épuiser les nanoparticules», a dit Nam.

En développant des lingettes antimicrobiennes réutilisables et lavables, Nam et ses collègues visent à trouver des alternatives durables pour réduire les déchets environnementaux provenant de l'élimination des lingettes antimicrobiennes à usage unique.

Plus de détails sur l'étude et la technologie derrière les lingettes antimicrobiennes sont publiés dans la revue Molecules, «Washable Antimicrobial Wipes Fabricated from a Blend of Nanocomposite Raw Cotton Fiber».

Légende la photo. Image au microscope électronique à transmission de la coupe transversale de la fibre de coton brut traitée : des nanoparticules d'argent ont été produites et intégrées dans la paroi cellulaire primaire de la fibre de coton brut. (Photo de Sunghyun Nam)

Applications alimentaires des nanoparticules et leur toxicité: tendances et besoins actuels en matière de stratégies d'évaluation des risques

Voici un article paru dans Journal of Protection intitulé, «Nanoparticle Food Applications and Their Toxicity: Current Trends and Needs in Risk Assessment Strategies» (Applications alimentaires des nanoparticules et leur toxicité: tendances et besoins actuels en matière de stratégies d'évaluation des risques).

Résumé

La nanotechnologie est devenue l'un des domaines scientifiques les plus révolutionnaires de ces dernières décennies car elle exploite la réactivité accrue des matériaux à l'échelle atomique. La classification actuelle des nanoparticules (NPs) utilisées dans les aliments est esquissée en fonction de la production et des caractéristiques physico-chimiques. Cette revue vise à présenter de manière concise les NPs inorganiques et organiques les plus populaires et les plus largement utilisées dans les industries alimentaires. Considérant que la toxicité des NPs est souvent associée à la réactivité chimique, une série d'études de toxicité in vitro sont également résumées, intégrant des informations sur le type d'études de NPs et les spécifications rapportées, le type de cellules utilisées, les conditions d'exposition et les critères d'évaluation évalués. Le rôle important du système digestif dans l'absorption et la distribution des aliments nanoformulés dans le corps et comment cela affecte la cytotoxicité qui en résulte. Des exemples de la façon dont les NPs et leur accumulation dans différents organes sont présentés en relation avec la consommation d'aliments spécifiques. Enfin, le rôle de l'élaboration d'évaluations des risques pour la santé humaine afin de caractériser à la fois l'impact potentiel du danger et la probabilité ou le niveau d'exposition humaine est décrit. Des incertitudes existent autour des évaluations des risques et de l'exposition des NPs en raison des informations limitées sur plusieurs aspects, y compris la toxicité, le comportement et la bioaccumulation. Dans l'ensemble, cet examen présente les tendances actuelles et les besoins d'évaluations futures en matière d'évaluation de la toxicité afin d'assurer l'application sécuritaire des NPs dans l'industrie alimentaire.

Faits saillants

- L'utilisation et l'inclusion des NPs dans la production alimentaire sont en croissance.

- Les NPs de TiO2 sont largement utilisées par l'industrie alimentaire.
- Une caractérisation approfondie des dangers des NPs à l'aide de modèles in vitro plus avancés est nécessaire.
- Les interactions individuelles et multimélanges des NPs nécessitent des investigations supplémentaires sur les dangers.
- Des approches unifiées d'évaluation des risques sont nécessaires pour déterminer les risques pour la santé des Nps.

NB: Apparemment l’article ne semble pas savoir que le TiO2 est interdit au sein de l’UE. Par ailleurs, le Royaume-Uni n'est pas d'accord avec la position de l'UE sur le dioxyde de titane ...

Aux lecteurs du blog
Je suis en conflit depuis plusieurs années avec la revue PROCESS Alimentaire pour une triste question d’argent qui permettrait de récupérer et de diffuser correctement les 10 052 articles initialement publiés gracieusement par mes soins de 2009 à 2017 sur le blog de la revue, alors qu’elle a bénéficié de la manne de la publicité faite lors de la diffusion de ces articles. Le départ du blog de la revue a été strictement motivé par un manque de réactivité dans la maintenance du blog, la visibilité de celui-ci devenant quasi nulle. J’accuse la direction de la revue de fuir ses responsabilités et le but de ce message est de leur dire toute ma colère. Elle ne veut pas céder, moi non plus, et je lui offre ainsi une publicité gratuite.

Dissoudre des bactéries pathogènes avec des nanoparticules

Là où les médicaments classiques échouent : les bactéries résistantes aux antibiotiques. Micrographie électronique colorisée. Image : CDC/NIAID.

Dans la lutte contre la résistance aux antibiotiques, «Dissoudre des bactéries dangereuses avec des nanoparticules», source Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche ou Empa pour Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt.

Les agents pathogènes multirésistants constituent un problème grave et croissant dans la médecine moderne. Lorsque les antibiotiques sont inefficaces, ces bactéries peuvent provoquer des infections mortelles. Les chercheurs de l'Empa et de l'ETH Zurich (Ecole polytechnique fédérale de Zurich) développent actuellement des nanoparticules qui peuvent être utilisées pour détecter et tuer les agents pathogènes multirésistants qui se cachent dans les cellules du corps, écrit l'équipe dans la revue scientifique Nanoscale.

Dans la course à l'armement «l'humanité contre les bactéries», les bactéries sont actuellement en tête. Nos anciennes armes miracles, les antibiotiques, tombent de plus en plus souvent en panne lorsque les germes utilisent des manœuvres délicates pour se protéger des effets des médicaments. Certaines espèces se retirent même à l'intérieur des cellules du corps humain, où elles sont protégées du système immunitaire. Parmi ces agents pathogènes particulièrement redoutables figurent les staphylocoques multirésistants (SARM ou Staphylococcus aureus resistant à la méticilline) qui peuvent provoquer des maladies mortelles telles que l'empoisonnement du sang ou la pneumonie.

Afin de détecter les germes dans leur cachette et de les rendre inoffensifs, une équipe de chercheurs de l'Empa et de l'ETH Zurich développe actuellement des nanoparticules qui utilisent un mécanisme d'action complètement différent de celui des antibiotiques classiques : Alors que les antibiotiques peinent à entrer dans les cellules du corps, ces nanoparticules, en raison de leur petite taille et de leur composition, peuvent être introduites à l'intérieur de la cellule affectée. Une fois sur place, ils combattent la bactérie.

Verre bioactif et métal

L'équipe de d'Inge Herrmann et de Tino Matter a utilisé l'oxyde de cérium, un matériau qui, sous sa forme nanoparticulaire, a un effet antibactérien et anti-inflammatoire. Les chercheurs ont combiné les nanoparticules avec un matériau céramique bioactif appelé verre bioactif. Le verre bioactif est intéressant pour la médecine car il possède des propriétés régénératrices polyvalentes et est utilisé, par exemple, pour la reconstruction des os et des tissus mous.

Enfin, des nanoparticules hybrides d'oxyde de cérium et de verre bioactif ont été produites par synthèse de flamme. Les particules ont déjà été utilisées avec succès comme adhésifs pour blessures, ce qui permet d'utiliser simultanément plusieurs propriétés intéressantes : Grâce aux nanoparticules, les saignements peuvent être stoppés, l'inflammation peut être affaiblie et la cicatrisation des plaies peut être accélérée. De plus, les nouvelles particules ont un effet significatif contre les bactéries, alors que le traitement est bien toléré par les cellules humaines.

Récemment, cette nouvelle technologie a été brevetée avec succès. L'équipe a maintenant publié ses résultats dans la revue scientifique Nanoscale Emerging Investigator Collection 2021.

Des germes malicieux

Parmi les bactéries, il existe des agents pathogènes particulièrement malicieux qui pénètrent dans les cellules du corps et sont invisibles pour le système immunitaire. C'est ainsi qu'ils survivent aux périodes où la défense du corps est en état d'alerte. Ce phénomène est également connu pour les staphylocoques. Ils peuvent se retirer dans les cellules de la peau, du tissu conjonctif, des os et du système immunitaire. Le mécanisme de cette persistance n'est pas encore entièrement compris.

Les staphylocoques sont pour la plupart des germes inoffensifs qui peuvent se trouver sur la peau et les muqueuses. Dans certaines conditions, cependant, la bactérie inonde le corps et provoque une inflammation grave, pouvant aller jusqu'au choc toxique ou à l'empoisonnement du sang. Cela fait des staphylocoques la principale cause de décès par infection avec un seul type d'agent pathogène.

Le nombre croissant d'infections à staphylocoques qui ne répondent plus au traitement par antibiotiques est particulièrement préoccupant. Le SARM, germes multirésistants, est particulièrement redouté dans les hôpitaux où, en tant qu'agents pathogènes nosocomiaux, ils provoquent des infections de plaies mal soignées ou colonisent les cathéters et les équipements. Au total, environ 75 000 infections hospitalières surviennent chaque année en Suisse, dont 12 000 sont mortelles.

Destruction des bactéries

Les chercheurs ont pu montrer les interactions entre les nanoparticules hybrides, les cellules du corps et les germes en utilisant, entre autres, la microscopie électronique. Si les cellules infectées étaient traitées avec les nanoparticules, les bactéries à l'intérieur des cellules commençaient à se dissoudre. Cependant, si les chercheurs ont spécifiquement bloqué l'absorption des particules hybrides, l'effet antibactérien a également cessé.

Le mécanisme d'action exact des particules contenant du cérium n'a pas encore été entièrement clarifié. Il a été prouvé que d'autres métaux ont également des effets antimicrobiens. Cependant, le cérium est moins toxique pour les cellules du corps que l'argent, par exemple. Les chercheurs supposent actuellement que les nanoparticules agissent sur la membrane cellulaire des bactéries, produisant des composés oxygénés réactifs qui conduisent à la destruction des germes. Comme la membrane des cellules humaines est construite différemment, les cellules du corps sont épargnées par ce processus.

Les chercheurs pensent que moins de résistance se développerait probablement contre un tel mécanisme. «De plus, les modifications chimiques de l'oxyde de cérium se régénèrent avec le temps, de sorte que l'effet des nanoparticules sur les bactéries peut recommencer», explique le chercheur de l'Empa Tino Matter. Ainsi, les particules de cérium pourraient avoir un effet durable.

Ensuite, les chercheurs veulent analyser plus en détail les interactions des particules dans le processus d'infection afin d'optimiser davantage la structure et la composition des substances nano-actives. L'objectif est de développer un agent antibactérien simple et robuste, efficace à l'intérieur des cellules infectées.

Emballage actif incorporant des nanoparticules d'oxyde de zinc afin de maîtriser Campylobacter dans la viande crue de poulet

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Voici une étude parue dans Applied and Environmental Microbiology sur un emballage actif incorporant des nanoparticules d'oxyde de zinc immobilisées qui rapporte le contrôle de Campylobacter jejuni dans la viande crue de poulet.

Résumé
Les nanoparticules (Nps) d'oxyde de zinc sont considérées comme un antimicrobien sûr et stable qui peut inactiver les bactéries par plusieurs mécanismes potentiels.
Nous visions à incorporer des NPs d'oxyde de zinc dans des matériaux d'e

mballage pour contrôler Campylobacter dans la viande crue de poulet. Les NPs d'oxyde de zinc ont d'abord été incorporés dans des tubes papier tridimensionnels pour identifier la concentration létale contre Campylobacter jejuni, qui a été sélectionnée comme concentration de travail pour développer des matériaux absorbants fonctionnalisés en 2D par une technique de trempage assistée par ultrasons.

Le matériau fonctionnalisé a été placé sous la viande de poulet crue pour inactiver C. jejuni et le microbiote de poulet prédominant à 4°C pendant les 8 jours de stockage.

Les NPs d'oxyde de zinc immobilisées à 0,856 mg/cm² ont réduit C. jejuni de ∼4 log UFC/25 g de viande de poulet crue à un niveau indétectable après 3 jours de stockage.

L'analyse par spectroscopie d'émission optique à plasma à couplage inductif a montré que le niveau de Zn augmentait de 0,02 à 0,17 mg/cm² dans la viande de poulet crue traitée.

La microscopie électronique à balayage a validé l'absence de migration des nanoparticules sur la viande de poulet crue après traitement. L'inactivation de C. jejuni a été associée à l'augmentation de l'acide lactique produit par Lactobacillus dans la viande de poulet crue d'une manière dépendant du pH. Moins de 5% de Zn²⁺ ont été libérés des NPs d'oxyde de zinc à pH neutre, tandis que jusqu'à 88% ont été libérés lorsque le pH était < 3,5 en 2 jours.

L'analyse du séquençage du transcriptome entier a démontré un large effet des NPs d'oxyde de zinc sur les gènes impliqués dans divers processus de développement cellulaire, comme annoté par l'ontologie des gènes. Pris ensemble, les résultats indiquent que des matériaux absorbants fonctionnalisés inactivent C. jejuni dans la viande crue de poulet par des NPs d'oxyde de zinc immobilisés avec du Zn²⁺ libéré contrôlable.

Importance
La prévalence de Campylobacter dans la volaille crue reste un défi majeur de sécurité microbiologique alimentaire. De nouvelles stratégies de réduction sont nécessaires pour garantir la sécurité sanitaire et la qualité des produits de volaille. Les emballages alimentaires actifs peuvent contrôler les agents pathogènes sans ajouter directement d'antimicrobiens dans la matrice alimentaire et prolonger la durée de conservation des aliments. Le matériau absorbant fonctionnalisé avec des NPs d'oxyde zinc développé dans cette étude a pu inactiver C. jejuni dans la viande crue de poulet et garder la viande exempte de contamination par C. jejuni pendant la durée de conservation sans aucune migration observée de nanoparticules.

La conversion contrôlable des NPs d'oxyde de zinc immobilisées en Zn²⁺ libre rend cette approche sûre et respectueuse de l'environnement et ouvre la voie au développement d'une nouvelle stratégie d'intervention pour d'autres aliments à haut risque. Notre étude a appliqué la nanotechnologie pour exploiter une approche efficace pour le contrôle de Campylobacter dans les produits crus de viande de poulet.

Quand le spray d'imprégnation atteint vos poumons ...

« Quand le spray d'imprégnation atteint vos poumons », source BfR 03/2020 du 21 janvier 2020.

Conclusion du workshop « NANOaers »: Une équipe internationale de scientifiques a été impliquée dans ce projet de recherche, étudiant la réaction des cellules des voies respiratoires aux minuscules particules en suspension dans l'air.

Que se passe-t-il si du spray d'imprégnation contenant de minuscules particules (nanoparticules) pénètrent dans vos poumons?

Est-ce que cela déclenche une inflammation dans vos poumons ou endommage même votre tissu pulmonaire?

Ce sont des questions clés qui ont été traitées au cours des trois dernières années par des experts d'Allemagne, d'autres pays européens et des États-Unis dans le cadre du projet de recherche international « NANOaers », dirigé par l'Institut fédéral allemand pour l'évaluation des risques (BfR).

Les résultats des analyses sur les aérosols libérés par les pulvérisations d'imprégnation ont été présentés lors de la clôture du wokshop sur le projet, qui s'est tenu les 21 et 22 janvier 2020.

Un gaz transporte des particules (solides ou liquides) en suspension dans un aérosol. Les expériences impliquant des nanoparticules d'oxyde d'argent ou de cérium ont montré que ce ne sont pas seulement les propriétés des particules, telles que leur taille, qui influencent l'impact sur le tissu pulmonaire. Les solvants et additifs contenus dans ces sprays modifient également la façon dont les aérosols réagissent avec les cellules pulmonaires. Les additifs sont des substances qui stabilisent les solutions et augmentent les propriétés anti-salissures des sprays d'imprégnation.

Les produits nanospray sont constitués de mélanges particules-liquides, qui sont convertis en aérosols lorsqu'ils sont pulvérisés. Composés de minuscules gouttelettes de particules de liquide en suspension dans l'air, ces produits peuvent pénétrer profondément dans les poumons lors de l'inhalation.

La partie centrale du projet de recherche NANOaers consistait à étudier les interactions entre les divers éléments contenus dans les nanosprays, tels que les solvants et les additifs, et les nanoparticules qui y sont contenues, ainsi que les conséquences biologiques qui en résultent. Une méthode a également été mise au point afin de décrire, de manière aussi réaliste que possible, l'impact des aérosols pulvérisés à partir de bombes aérosol sur les voies respiratoires et les cellules.

Au cours de leurs expériences, les chercheurs ont combiné une chambre de pulvérisation développée en interne avec d'autres équipements permettant une analyse physique des aérosols et des analyses de toxicité avec des cultures cellulaires. Cet arrangement comprenait des outils de mesure physiques pour examiner les aérosols d'une part, et une interface air-liquide, un appareil dans lequel les cellules pulmonaires humaines entrent en contact avec les aérosols, d'autre part. Des aérosols constitués de la composition souhaitée de particules, de solvants et d'additifs ont été créés dans la chambre de pulvérisation. Cela a permis aux scientifiques impliqués d'analyser l'impact des composants individuels de manière ciblée, en faisant comme s'ils provenaient d'une bombe aérosol commerciale.

L'aérosol ainsi généré a ensuite été transféré dans la chambre d'analyse pour être analysé. La taille et le volume des particules y ont été mesurés. Une partie du courant d'aérosol s'est formée sur la culture cellulaire en même temps et a réagi avec les cellules pulmonaires humaines. Enfin, la mesure dans laquelle les cellules ont absorbé les particules et les conséquences associées d'une telle absorption ont été examinées. Ce faisant, les signes d'inflammation et leur capacité de survie ont été analyseés.

Les analyses impliquant des nanoparticules d'oxyde d'argent ou de cérium ont montré que seule une partie des aérosols de la chambre de pulvérisation s'établissait sur les cellules. La question de la taille de cette portion dépend de la composition de la solution de nanospray, c'est-à-dire des solvants respectifs et des additifs contenus.

Cependant, la méthode de pulvérisation impliquée joue également un rôle ici. Un petit nombre de brèves pulvérisations signifiait un taux d'absorption inférieur par les cellules. De plus, la distance de la bombe aérosol et la ventilation du système sont également des facteurs clés ici; dans une application réelle, cela impliquerait la taille de la pièce ou toute fenêtre ouverte, par exemple. De plus, les analyses ont montré que les dommages causés aux cellules par l'aérosol sont également largement déterminés par les solvants et additifs utilisés. En particulier, les additifs perfluorosilane étudiés se sont révélés toxiques pour les cellules.

En plus du BfR, le projet NANOaers a impliqué le groupe de travail sur la technologie des processus mécaniques de l'Université technique de Dresde, l'Institut de mécanique des fluides et de transfert de chaleur de l'Université de technologie de Graz, le centre technologique espagnol GAIKER, l'Université de Harvard avec T.H. Chan School of Public Health à Cambridge, États-Unis, et l'Institut national roumain de recherche et développement pour les textiles et le cuir. Avec NANOaers, les six instituts impliqués ont créé un ensemble d'analyses qui permet une analyse réaliste des risques potentiels pour la santé des aérosols avec des nanoparticules en mélange, sans avoir recours à l'expérimentation animale.

Le financement du projet NANOaers pour les partenaires allemands a été fourni par le ministère fédéral de l'éducation et de la recherche (BMBF), dans le cadre du cadre Horizon 2020. Les autres partenaires européens et internationaux ont été financés via le programme de recherche ERA-NET SIINN et des soutiens nationaux au projet.