Nou pas endavant per a desenvolupar superfícies transparents i antimicrobianes para pantalles tàctils

En els últims anys ha augmentat l'interès per les solucions antimicrobianes per a pantalles tàctils, com ara tauletes i altres dispositius mòbils, tant d'ús individual com multiusuari. Els mètodes tradicionals, com els alcohols en aerosol o les tovalloletes, no són ideals per a aquestes tipus de pantalles. Els recobriments antimicrobians aplicats directament sobre el vidre són una alternativa prometedora, però només si són transparents i duradors. Les solucions de recobriment proposades fins ara, com els òxids metàl·lics fotocatalítics (per exemple, TiO2 i ZnO), plantegen algunes dificultats i reptes. A més, aquests recobriments normalment necessiten de llum i humitat per a desplegar les seves propietats antimicrobianes i poder eliminar els microbis presents en la superfícies.

El coure és un metall conegut per les seves propietats biocides amb una alta eficàcia contra una àmplia gamma de microorganismes. Aquest metall s'ha utilitzat en objectes com ara manilles de portes i baranes de llits en entorns sanitaris, com els hospitals. No obstant això, els recobriments de coure tendeixen a ser opacs, la qual cosa ha impedit fins ara el desenvolupament d'una solució antimicrobiana transparent basada en aquest metall adequada per a pantalles. A més, l'alta conductivitat elèctrica de la pel·lícula metàl·lica pot afectar de manera negativa la detecció tàctil de les pantalles dels dispositius.

Ara, un equip internacional d'investigadors ha dissenyat i fabricat una superfície nanoestructurada transparent de coure (TANCS en les seves sigles en anglès), no conductora i resistent al creixement de determinats bacteris. En un estudi recent, publicat a la revista Communications Materials, els investigadors de l’ICFO Christina Graham i Alessia Mezzadrelli, sota la direcció del professor ICREA de l’ICFO Valerio Pruneri, juntament amb els investigadors Wageesha Senaratne, Santona Pal, Dean Thelen, Lisa Hepburn i Prantik Mazumder de Corning Incorporated  han descrit la metodologia per a desenvolupar aquesta superfície transparent i amb propietats antibacterianes.

Per a fabricar aquest TANCS, els investigadors van dipositar una pel·lícula de coure molt prima amb un gruix nominal de només 3,5 nm sobre un substrat de vidre. A continuació, van aplicar un procés tèrmic per a formar nanopartícules de coure amb una grandària i distribució òptimes. Amb tot això, van proporcionar a la superfície un efecte antimicrobià,  a més de transparència, neutralitat de color i aïllament elèctric. Finalment, es van dipositar capes addicionals de SiO2 i fluorosilans sobre les nanopartícules, la qual cosa va proporcionar una protecció ambiental i una durabilitat millorades davant les proves d'ús a les quals es van sotmetre.

Els investigadors van examinar la morfologia del recobriment fabricat, així com la seva resposta òptica, la seva eficàcia antimicrobiana i la seva durabilitat mecànica. El TANCS desenvolupat va demostrar una capacitat d'eliminar més del 99,9% del "Staphylococcus Aureus" present en les superfícies provades durant dues hores, sota estrictes condicions de prova en sec. A més, el substrat va mostrar una transparència òptica que va permetre una transmissió de llum d’entre el 70 i el 80% en el rang visible (380 a 750 nm), i amb neutralitat del color. Finalment, les superfícies desenvolupades van demostrar també tenir una efectivitat prolongada d’utilització,  mantenint la seva activitat antimicrobiana fins i tot després de ser sotmeses a un rigorós procediment de netejat per fricció.

“Aquest és un bon exemple de creació d'un producte amb múltiples atributs i en el qual s’han optimitzat les propietats antimicrobianes d'alta eficàcia que funcionen en condicions de prova en sec per al seu ús en pantalles i i dispositius tàctils. El nostre objectiu era mostrar les connexions entre el rendiment biològic i els atributs físics, i orientar així futures recerques”, detalla Wageesha Senaratne, investigadora de Corning i coautora principal de l'estudi.

“Aquest nou mètode basat en el procés de deshumidificació obre una varietat de noves possibilitats per a explotar algunes propietats específiques dels metalls i al mateix temps poder canviar unes altres. Aquí, per exemple, vam poder preservar l'efecte antimicrobià del coure i, al mateix temps, obtenir transparència i aïllament malgrat ser un metall”, explica Alessia Mezzadrelli, coautora de l'estudi i estudiant de doctorat del projecte Nano-Glass.

La introducció d'aquestes superfícies antimicrobianes transparents és molt prometedora en un món que depèn cada vegada més de pantalles tàctils, incloent-hi els telèfons mòbils i les tauletes.

"Si bé és necessari un major desenvolupament per a una implementació comercial completa, aquest és un pas en la direcció correcta per a permetre pantalles tàctils antimicrobianes, ja sigui per a dispositius multiusuari o individuals", explica Prantik Mazumder, investigador de Corning i coautor de l'estudi.

"La prova de concepte de superfície nanoestructurada que hem desenvolupat amb Corning és un exemple dels nostres continus esforços conjunts en el desenvolupament de pantalles de vidre multifuncional millorat mitjançant l'ús de nanoestructures", conclou Valerio Pruneri, professor ICREA a l’ICFO i coordinador del projecte Nano-Glass.

Aquesta recerca ha estat finançada parcialment pel projecte Nano-Glass, una xarxa de formació innovadora del programa Marie Sklodowska-Curie (MSCA-ITN-2020), centrada en la recerca de materials basats en el vidre nanoestructurats. El projecte té com a objectiu desenvolupar dissenys i mètodes innovadors de nanoestructuració per a pantalles avançades amb les quals oferir una millor visualització de la informació i noves fibres òptiques destinades a millorar la seguretat de les comunicacions.

Article de referència

Graham, C., Mezzadrelli, A., Senaratne, W, Pal, S., Helen, D. Hepburn, L., Mazumder, P., Pruneri, V., (2024). Towards transparent and durable copper-containing antimicrobial surfaces. Communications Materials Doi: https://doi.org/10.1038/s43246-024-00472-w