Antibacterial activity of standard and N-doped titanium dioxide-coated endotracheal tubes: an in vitro study

Rev Bras Ter Intensiva. 2017 Jan-Mar;29(1):55-62. doi: 10.5935/0103-507X.20170009.
[Article in Portuguese, English]

Abstract

Objective:: The aim of this study was to assess the antibacterial activity against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa of two nanoparticle endotracheal tube coatings with visible light-induced photocatalysis.

Methods:: Two types of titanium dioxide nanoparticles were tested: standard anatase (TiO2) and N-doped TiO2 (N-TiO2). Nanoparticles were placed on the internal surface of a segment of commercial endotracheal tubes, which were loaded on a cellulose acetate filter; control endotracheal tubes were left without a nanoparticle coating. A bacterial inoculum of 150 colony forming units was placed in the endotracheal tubes and then exposed to a fluorescent light source (3700 lux, 300-700 nm wavelength) for 5, 10, 20, 40, 60 and 80 minutes. Colony forming units were counted after 24 hours of incubation at 37°C. Bacterial inactivation was calculated as the percentage reduction of bacterial growth compared to endotracheal tubes not exposed to light.

Results:: In the absence of light, no relevant antibacterial activity was shown against neither strain. For P. aeruginosa, both coatings had a higher bacterial inactivation than controls at any time point (p < 0.001), and no difference was observed between TiO2 and N-TiO2. For S. aureus, inactivation was higher than for controls starting at 5 minutes for N-TiO2 (p = 0.018) and 10 minutes for TiO2 (p = 0.014); inactivation with N-TiO2 was higher than that with TiO2 at 20 minutes (p < 0.001), 40 minutes (p < 0.001) and 60 minutes (p < 0.001).

Conclusions:: Nanosized commercial and N-doped TiO2 inhibit bacterial growth under visible fluorescent light. N-TiO2 has higher antibacterial activity against S. aureus compared to TiO2.

Objetivo: Avaliar a atividade antibacteriana contra Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa de dois revestimentos endotraqueais com nanopartículas e fotocatálise sob luz visível.

Métodos: Testaram-se dois tipos de nanopartículas de titânio: anatase padrão (TiO2) e TiO2 nano-dopada (N-TiO2). As nanopartículas foram colocadas em superfície interna de segmentos de tubos endotraqueais comerciais, aplicadas sobre um filtro de acetato de celulose; os tubos endotraqueais controle foram deixados sem revestimento de nanopartículas. Em cada tubo endotraqueal foi inoculado um total de 150 unidades formadoras de colônia e, a seguir, estes foram expostos a uma fonte de luz fluorescente (3700 lux, comprimento de onda de 300 - 700nm) por 5, 10, 20, 40, 60 e 80 minutos. Contaram-se as Unidades Formadoras de Colônia após 24 horas de incubação a 37ºC. A inativação bacteriana foi calculada como a redução porcentual do crescimento bacteriano em comparação a tubos não expostos à luz.

Resultados: Na ausência de luz, não se observou qualquer atividade antibacteriana relevante contra qualquer das cepas estudadas. Para P. aeruginosa, ambos os revestimentos tiveram inativação bacteriana mais elevada do que o controle em qualquer dos momentos de avaliação (p < 0,001), sendo que não se observaram diferenças entre o revestimento padrão e nano-dopado. Para S. aureus, a inativação foi maior que os controles, começando a partir de 5 minutos para nano-dopado (p = 0,018) e 10 minutos para o revestimento padrão (p = 0,014); a inativação com a forma nano-dopada foi maior do que com a forma padrão aos 20 minutos (p < 0,001), 40 minutos (p < 0,001) e 60 minutos (p < 0,001).

Conclusões: O revestimento com nanopartículas de titânio comercial padrão e nano-dopado inibiu o crescimento bacteriano sob a luz fluorescente visível. o revestimento nano-dopado teve maior atividade antibacteriana contra S. aureus em comparação à atividade observada com o revestimento com anatase padrão.

Publication types

  • Comparative Study

MeSH terms

  • Anti-Bacterial Agents / pharmacology*
  • Colony Count, Microbial
  • Humans
  • In Vitro Techniques
  • Intubation, Intratracheal / instrumentation
  • Light
  • Metal Nanoparticles
  • Microbial Sensitivity Tests
  • Nitrogen / chemistry
  • Pseudomonas aeruginosa / drug effects*
  • Staphylococcus aureus / drug effects*
  • Time Factors
  • Titanium / chemistry
  • Titanium / pharmacology*

Substances

  • Anti-Bacterial Agents
  • titanium dioxide
  • Titanium
  • Nitrogen