Effetto dell'aggiunta di nano

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5063 (2023) Citare questo articolo

Sono stati sviluppati film biocompositi a base di idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) rinforzati con nanoparticelle di argento (AgNP) e nanoparticelle di ossido di titanio (TiO2-NP). Sono state determinate alcune proprietà fisiche e meccaniche: resistenza alla trazione (TS), allungamento (E), modulo elastico di Young (EM), permeabilità al vapore acqueo (WVP) e trasparenza. Sono state studiate anche le proprietà antibatteriche di questi film. I valori di resistenza alla trazione del film HPMC rinforzato con Ag NP e TiO2-NP e HPMC senza nanoparticelle erano rispettivamente 39,24, 143,87 e 157,92 MPa. L'allungamento del film HMPC è stato inferiore a quello del film HPMC rinforzato con AgNP e TiO2-NP, i risultati sono stati rispettivamente del 2, 35 e 42%. Inoltre, il modulo elastico di Young del film HMPC è stato determinato essere 19,62 MPa e il film HPMC rinforzato con AgNP e TiO2-NP era 4,11 e 3,76 MPa, rispettivamente. I valori di WVP del film HMPC erano più alti rispetto al film HMPC rinforzato con AgNP e TiO2-NP, dove erano rispettivamente 0,5076 × 10−3, 0,4596 × 10−3 e 0,4504 × 10−3 (g/msPa). I film nanocompositi hanno dimostrato una forte attività antibatterica contro i batteri patogeni testati nella zona della superficie di contatto. Le attività antibatteriche delle AgNP (~ 10 nm) a 80 ppm erano più attive di 20 e 40 ppm contro i patogeni di origine alimentare, ovvero Bacillus cereus ed Escherichia coli, i diametri delle zone di inibizione erano rispettivamente di 9 e 10 mm. Inoltre, le TiO2-NP (~ 50 nm) a 80 ppm erano più attive di 20 e 40 ppm contro B. cereus e Salmonella Typhimurium, i diametri delle zone di inibizione erano rispettivamente di 11 e 10 mm.

Nel settore alimentare, l’uso dei nanomateriali è diventato molto importante e attraente, in particolare i materiali da imballaggio. Le pellicole commestibili e i materiali di rivestimento sono comunemente utilizzati come materiali di imballaggio adeguati per prolungare la durata di conservazione degli alimenti freschi. Questi nanomateriali hanno proprietà distinte rispetto ad altri materiali grazie al loro elevato rapporto area superficiale/volume e ad altre proprietà fisico-chimiche uniche come colore, solubilità, resistenza, diffusività, tossicità, proprietà magnetiche, ottiche e termodinamiche, ecc.1. La nanotecnologia ha portato una nuova rivoluzione industriale e sia i paesi sviluppati che quelli in via di sviluppo sono interessati a investire maggiormente in questa tecnologia2. Pertanto, la nanotecnologia offre un'ampia gamma di opportunità per lo sviluppo e l'applicazione di strutture, materiali o sistemi con nuove proprietà in vari settori come l'agricoltura, l'alimentazione e la medicina, ecc. La commercializzazione dei nanoalimenti è stata stimata in circa 35,5 miliardi di dollari nel 2013 e 100 miliardi di dollari nel 20203.

La cellulosa è il composto organico più abbondante nell'ambiente, rinnovabile, riciclabile e biodegradabile (in carbonio, idrogeno e ossigeno)4. In particolare, la cellulosa è più adatta per l'imballaggio in quanto non è un polimero termoplastico, mentre i suoi derivati ​​esterici (metilcellulosa (MC), idrossipropilmetilcellulosa (HPMC), idrossipropilcellulosa (HPC) ed etilcellulosa (EC)) sono polimeri termoplastici biodegradabili . L'idrossipropilmetilcellulosa e l'MC sono solubili in acqua fredda, ma dopo il riscaldamento formano un gel termicamente reversibile e relativamente duro mediante processo di riscaldamento a 50–80 °C5,6. L'idrossipropilmetilcellulosa è un materiale inodore, insapore, trasparente, stabile, resistente all'olio, non tossico e commestibile con buone proprietà filmogene. È un polimero non ionico con una struttura lineare di molecole di glucosio, in cui la sua matrice è stabilizzata mediante legami idrogeno7,8.

Le nanoparticelle d'argento sono tra le nanoparticelle più esplorate, grazie al loro comprovato potenziale antimicrobico contro molteplici ceppi commensali e patogeni9. Oltre ai ceppi batterici, è noto che le nanoparticelle d'argento esercitano un effetto inibitorio su numerosi funghi e anche su diversi virus10. L'argento prende di mira il metabolismo batterico legandosi al suo DNA, proteine ​​ed enzimi; con conseguenti effetti batteriostatici11. Le nanoparticelle d'argento destabilizzano e distruggono sia la membrana esterna che quella citoplasmatica12. Le nanoparticelle d'argento inibiscono anche gli enzimi della catena respiratoria e possono anche stimolare la produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS)13.