ads:
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
ELIDIO ANGIOLETTO
DESENVOLVIMENTO DE PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE
CERÂMICAS COM PROPRIEDADES ANTIMICROBIANAS
Florianópolis
2003
ads:
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
DESENVOLVIMENTO DE PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE
CERÂMICAS COM PROPRIEDADES ANTIMICROBIANAS
ELIDIO ANGIOLETTO
ESTA TESE FOI JULGADA PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE DOUTOR EM
CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS ESPECIALIDADE CIÊNCIA E
ENGENHARIA DE MATERIAIS E APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS E ENGENHARIA DE MATERIAIS
___________________________________________
Prof. Dr. Ing. Humberto Gracher Riella – Orientador
____________________________________________
Prof. Dr. Artur Smânia Jr. (UFSC) – Coorientador
___________________________________________
Prof. Dr. Alexandre Lago – Coordenador do Programa
BANCA EXAMINADORA
____________________________________________
Prof. Dr. Marcos Marques da Silva Paula (UNESC)
____________________________________________
Prof. Ph. D. José Roberto Martinelli (IPEN - USP)
____________________________________________
Prof. Ph. D. Fernando Soares Lameiras (CDTN - UFMG)
____________________________________________
Prof. Ph.D. Nivaldo Cabral Kuhnen (UFSC)
____________________________________________
Prof. Ph. D. João Cardoso de Lima (UFSC)
ads:
iii
Ao meu filho Everton, pela ajuda,
companheirismo, compreensão e
amizade.
iv
AGRADECIMENTOS
Agradeço:
Ao meu orientador Prof. Humberto Gracher Riella, pelo efetivo e permanente
acompanhamento do trabalho. Pela dedicação, por acreditar que as pessoas podem
responder positivamente e, sobretudo, pelos laços de amizade que a execução deste
trabalho trouxe.
Ao amigo e coorientador Prof. Artur Smânia Jr., pela dedicação, confiança e
paciência em iniciar-me nos estudos de microbiologia, bem como, por disponibilizar o
Laboratório de Antibióticos para que o trabalho fosse realizado e pelas longas
discussões dos resultados obtidos.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq pelo
apoio financeiro.
Ao Laboratório de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina –
LABMAT – sob a coordenação do Prof. Aloísio Nelmo Klein, por oportunizar que
trabalhasse e crescesse profissionalmente naquele laboratório, e por todas as análises
e equipamentos utilizados.
À UNESC - Universidade do Extremo Sul Catarinense no Departamento de
Engenharia de Materiais sob a coordenação do amigo Prof. Marcos Marques da Silva
Paula, por disponibilizar instalações e equipamentos, bem como, ajuda nas correções
e pelas discussões deste trabalho.
À Empresa Vidres do Brasil, na pessoa do Eng. Manuel Messias Rodrigues, pelo
apoio em diversas etapas durante a execução deste trabalho.
Ao Prof. Michael Peterson pelas análises realizadas.
Ao Prof. Jorge Sarkis do IPEN pelas análises realizadas.
Ao Prof. Adilson Oliveira da Silva pelas discussões, troca de idéias e as fortes
opiniões colocadas.
Aos Professores Elza Smânia, Claison , pelas discussões e ajuda na área de
microbiologia.
Aos alunos bolsistas do Laboratório de Antibióticos Ricardo, Nelson e Cíntia,
v
pela ajuda na microbiologia.
Aos colegas Cristina, Marilena, Claudia Lira, Eiji, Rubens, Eduardo, Lisiane,
Luciana , Viviane .
Aos bolsistas do Laboratório de Materiais Henrique, Pablo, Rodrigo, Priscila.
Aos bolsistas do Laboratório de corrosão Anderson e Juliane.
Aos funcionários Paulo, Rosangela e Tatiane.
Ao Gilson pelo incentivo, amizade e confiança.
Aos meus pais Ildo e Lourdes e irmãos Erildo e Elcio pelo direcionamento nos
primeiros anos de minha vida, e pelo constante incentivo e apoio.
À Marisa, pelo incentivo em me fazer aceitar os desafios, pelo apoio, pelo
convívio e hoje pela amizade.
vi
ÍNDICE
1.0 INTRODUÇÃO ................................................................................................1
1.1 OBJETIVOS.............................................................................................................................................3
1.1.1 OBJETIVO GERAL...........................................................................................................................3
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................................................3
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.......................5
2.1 ÍONS METÁLICOS PARA USO BACTERICIDA .............................................................................5
2.1.1 INTRODUÇÃO..................................................................................................................................5
2.2 MECANISMOS DE ATUAÇÃO DE ÍONS METÁLICOS SOBRE AS BACTÉRIAS ....................8
2.2.1 PADRÃO DE MORTE EM UMA POPULAÇÃO MICROBIANA..................................................9
2.3 TROCA IÔNICA....................................................................................................................................17
2.3.1 GENERALIDADES.........................................................................................................................17
2.3.2 – PERFÍS DE CONCENTRAÇÃO E DIFUSÃO ............................................................................18
2.3.3 – AMBIENTE ATÔMICO FORMADO PELO VIDRO E A PRATA ...........................................27
2.3.4- A PRATA NO AMBIENTE DO VIDRO APÓS A TROCA DOS ÍONS Ag
+
/ Na
+
....................28
3. MATERIAIS E MÉTODOS...............................................................................30
3.1- DESENVOLVIMENTO DE VIDRO TROCADOR DE ÍONS .........................................................30
3.1.1 – OTIMIZAÇÃO DO TEOR DE SÓDIO NO VIDRO ....................................................................32
3.1.2 - ESTUDO DA DIFUSÃO DO ÍON PRATA NO VIDRO..............................................................33
3.2 - DESENVOLVIMENTO DO ESMALTE CERÂMICO ...................................................................34
3.2.1 - DILATOMETRIA..........................................................................................................................35
3.2.2 - RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO DO VIDRO................................................................35
3.2.3 - RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO DAS PLACAS CERÂMICAS ESMALTADAS.......36
3.2.4 – ESPECTROSCOPIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X (FRX)..........................................36
3.2.5 - DIFRAÇÃO DE RAIOS X (DRX) .............................................................................................36
3.2.6 - MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) ......................................................36
3.2.7 MICROANÁLISE POR ENERGIA DISPERSIVA.........................................................................37
vii
3.2.8 - CALORIMETRIA DIFERENCIAL DE VARREDURA...............................................................37
3.2.9 - DENSIDADE.................................................................................................................................37
3.2.10 – SISTEMA ICP-MS (Espectrômetro de Massa com Fonte Geradora de Plasma) .......................37
3.3 – DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO TROCADORA DE ÍONS..............................................38
3.3.1 - OTIMIZAÇÃO DA QUANTIDADE DE PRATA ........................................................................38
3.4- DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA PARA ANÁLISE DE EFICIÊNCIA
ANTIMICROBIANA.................................................................................................................................................39
3.4.1 - PROVA DE BAUER E COLABORADORES MODIFICADO....................................................40
3.4.2 PROVA DE SENSIBILIDADE POR DILUIÇÃO EM CALDO.....................................................42
3.4.3 - CONTAGEM DE CÉLULAS VIÁVEIS CONTRA O TEMPO....................................................43
3.5 – DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA PARA ANÁLISE DE PERDA DE EFICIÊNCIA
COM ATAQUE QUÍMICO ......................................................................................................................................44
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ....................................................................45
4.1- DESENVOLVIMENTO DE UM VIDRO COM CAPACIDADE DE TROCA IÔNICA...............45
4.1.1-OTIMIZAÇÃO DO TEOR DE SÓDIO NO VIDRO.......................................................................47
4.1.2 - ESTUDO DA DIFUSÃO DO ÍON PRATA NO VIDRO..............................................................50
4.2.1 – RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO DAS PLACAS CERÂMICAS ESMALTADAS ......61
4.2.2 – CARACTERIZAÇÃO DOS VIDROS E DO ESMALTE POR DIFRAÇÃO DE RAIOS X
(DRX)......................................................................................................................................................................62
4.2.3 – CARACTERIZAÇÃO DO ESMALTE UTILIZANDO MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE
VARREDURA (MEV)............................................................................................................................................64
4.2.4 CARACTERIZAÇÃO DO ESMALTE UTILIZANDO MICROANÁLISE POR ENERGIA
DISPERSIVA..........................................................................................................................................................65
4.3 - ANÁLISE MICROBIANA..................................................................................................................67
4.3.1 ANÁLISE MICROBIANA POR CONTAGEM DE CÉLULAS VIÁVEIS ...................................67
4.4 – PERDA DE EFICIÊNCIA COM ATAQUE QUÍMICO .................................................................70
4.5 – ASPECTO INÉDITO DO TRABALHO ...........................................................................................72
5. CONCLUSÕES ...............................................................................................74
6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS..............................................76
ix
LISTA DE SÍMBOLOS
1. N: concentração de organismos viáveis em um determinado tempo.
2. N
o
: concentração de organismos viáveis inicial
3. t: tempo.
4. t
o
: tempo inicial.
5. C: concentração do íon que está se difundindo.
6. k: taxa de primeira ordem do decaimento no tempo zero.
7. a: coeficiente da taxa do decaimento.
8. M
2+
: representação de um íon metálico genérico.
9. M: representação genérica átomo metálico.
10. Eb: energia de ligação eletrostática.
11. e: constante de alta frequência dielétrica.
12. rM-O: distância álcali-oxigênio.
13. ε: energia de interação
14. ε
0
: energia de interação inicial
15. ν: freqüências atemporais.
16. C
o
: concentração na superfície do íon difundido.
17. X: distancia percorrida pelo íon durante a difusão.
18. Q: energia de ativação.
19. R: concentração relativa.
20. θ: ângulo entre o plano atômico e os feixes incidentes e difratados, em graus.
21. λ: comprimento de onda do feixe de raios X, em ηm.
22. NBO: oxigênio não-ponte.
23. CFU: unidades formadoras de colônias.
x
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Representação diagramática da relação entre a concentração de íons
metálicos essenciais ou não-essenciais e o efeito microbiológico (Gadd, 1992)......9
FIGURA 2 - Representação diagramática da atuação de um agente antimicrobiano
versus o tempo........................................................................................................10
FIGURA 3 - Desenho esquemático de uma célula procariótica (bacteriana) (Pelkzar Jr.
et all., 1998). ...........................................................................................................11
FIGURA 4 - Capacidade bacterial e mecanismos de tolerância para metais pesados
(Valls, 2002)............................................................................................................13
FIGURA 5 - Diagrama representativo dos mecanismos que a bactéria utiliza para
enfrentar concentrações tóxicas de metais pesados (Valls,2002). .........................14
FIGURA 6 - Representação esquemática das diferenças entre a estrutura fina da
parede celular de bactérias Gram-positivas (bacillus sp) e um pouco mais espessas
das bactérias Gram-negativas (Pelkzar Jr. et all., 1998).........................................15
FIGURA 7 - Desenho esquemático da reação entre o íon metálico e a cadeia sulfidrila
presentes em enzimas. ...........................................................................................16
FIGURA 8 - Distribuição dos elementos no vidro antes da troca iônica. a) em direção
paralela à superfície; b) em direção perpendicular à superfície ( Ahmed et all.,
1997).......................................................................................................................19
FIGURA 9 - Distribuição de elementos no vidro após a troca iônica na direção
perpendicular à superfície ( Ahmed et all., 1997)....................................................20
FIGURA 10 - Perfil de concentração da prata para diversos tempos de tratamento (
Ahmed et all. 1997). ................................................................................................21
FIGURA 11 - perfil de concentração da prata no substrato de vidro em função da
temperatura mantendo tempo constante ( Ahmed et all., 1997). ...........................23
FIGURA 12 - Desenho esquemático em que está representado a substituição do íon
sódio pelo íon Ag. (a) vidro de rede modificada (vidro sódico). (b)vidro de alumina-
sílica........................................................................................................................25
FIGURA 13 - Dependência do logaritmo do coeficiente de interdifusão da prata em
temperatura de aquecimento para troca em vidros a 300 °C por 1 h......................26
xi
FIGURA 14 - Fluxograma da produção de cerâmicas antimicrobianas pelo processo de
troca iônica..............................................................................................................31
FIGURA 15 - Esquema seqüencial da prova de Bauer e colaboradores modificado.
(Koneman et al, 1993).............................................................................................41
FIGURA 16 - Esquema das prova de sensibilidade por diluição em caldo. A
concentração inibitória mínima mostrada aqui é de 1,234mg. ................................42
FIGURA 17 - Teste microbiológico do vidro produzido em laboratório e submetido a
troca iônica a 430 °C, por duas horas, frente a bactéria Staphylococcus aureus. A)
Sem óxido de sódio. B) com 15,0% de óxido de sódio. .........................................46
FIGURA 18 - Teste microbiológico do vidro produzido em laboratório, com 15,0% em
óxido de sódio, com troca iônica a 430 °C por duas horas , ante a presença da
bactéria Escherichia coli..........................................................................................46
FIGURA 19 - Teste microbiológico de difusão em ágar do pó de vidro produzido em
laboratório, com 10,0% (A) e 15% (B) em sódio, com troca iônica a 430 °C, frente a
bactéria Escherichia coli..........................................................................................48
FIGURA 20 - Efeito bactericida relativo, com a variação do teor de óxido de sódio
presente no vidro. ...................................................................................................49
FIGURA 21 - Teor de prata encontrado no vidro utilizando EDAX e ICP-MS ................50
FIGURA 22 - Perfil de concentração das amostras submetidas à troca iônica a 430 °C
por duas horas sem tratamento térmico..................................................................52
FIGURA 23 - Perfil de concentração de sódio e prata das amostras submetidas à troca
iônica a 430 °C por duas horas e tratadas termicamente a 650 °C por duas horas.
................................................................................................................................53
FIGURA 24 – Gráfico mostrando o efeito dos tratamentos térmicos do vidro sobre o
crescimento microbiano com a bactéria Staphylococcus aureus. ...........................54
FIGURA 25 - Peça cerâmica com esmalte a base do vidro BAC-01 com Na e Li..........57
FIGURA 26 - Esmalte cerâmico a partir da frita Bac- 16................................................59
FIGURA 27 A e B - Aspecto das peças desenvolvidas com o intuito de encobrir o defeito
de manchamento ....................................................................................................60
FIGURA 28 - Peça com aplicação do esmalte BAC-16 sobre a peça............................61
FIGURA 29 - Difratograma de raios X da amostra BAC-01............................................62
xii
FIGURA 30 - Difratograma do vidro BAC – 16 onde são identificadas algumas fases
cristalinas; 1- ZrSiO4 ; 2- ZnO; 3- Al2O3; 4 – Al2TiO5..........................................63
FIGURA 31 - Difratograma do esmalte fabricado a partir da vidro BAC -16 já
sinterizado. As fases cristalinas são identificadas como: 1- ZrSiO4 ; 2- ZnO; 3-
Al
2
O
3
; 4- Al
2
TiO
5
......................................................................................................64
FIGURA 32 - Aspecto transversal da peça cerâmica mostrando a presença de poros no
substrato e na camada vítrea..................................................................................65
FIGURA 33 - Análise por EDAX da amostra de cerâmica com propriedade
antimicrobiana.........................................................................................................66
FIGURA 34 - Perfil de concentração da peça cerâmica já trocada ionicamente com o
esmalte BAC-16 e com propriedades antimicrobianas. ..........................................67
FIGURA 35 - Contagem das células viáveis contra o tempo com exposição das peças
ao cloro. O número em frente às curvas corresponde ao número de vezes de
exposição da peça ao cloro.....................................................................................72
xiii
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Composição Química do vidro trocador de Íons BAC-01 (% de óxidos). ...30
TABELA 2 - Composição química do vidro trocador de íons (% em peso de óxidos),
utilizado para a otimização do teor de sódio. ..........................................................32
TABELA 3 - Variações impostas na otimização do tempo (A) e temperatura (B) na
troca iônica.............................................................................................................33
TABELA 4 - Composição química do vidro BAC-16 , (% de óxidos), utilizado para a
elaboração do esmalte cerâmico. ...........................................................................34
TABELA 5 - Composição em peso da mistura de sais para a pasta de troca iônica.....39
TABELA 6 - Dados referentes à contagem de células viáveis de Staphylococcus aureus
em peças expostas à uma solução com cloro.........................................................71
xiv
RESUMO
Desenvolveu-se um processo de produção de cerâmicas com
propriedades antimicrobianas. Foram formuladas duas fritas com propriedades de troca
iônica, onde a primeira teve maximizadas as propriedades de troca iônica e a segunda
foi formulada no intuito de aproveitamento para o esmalte de revestimento de piso
cerâmico. As mesmas possuem em comum uma quantidade mínima de sódio. Na
seqüência foi desenvolvido uma pasta com a finalidade de servir de veículo para os
íons prata. Utilizou-se a troca iônica como meio de dopar as cerâmicas com os íons de
prata responsáveis pelo efeito antimicrobiano. A prata presente na pasta, troca
ionicamente com o sódio existente no esmalte cerâmico. Uma série de parâmetros de
processamento foram otimizados, como: composição da pasta trocadora de íons,
temperatura de troca iônica, teor de sódio na frita, quantidade mínima de prata.
Desenvolveram-se métodos de análise microbiológicos específicos para materiais
cerâmicos, haja vista que a aplicação daqueles tradicionalmente utilizados em
laboratórios de análises demonstraram não serem eficientes para o estudo em questão.
Estudou-se ainda o decaimento das propriedades antimicrobianas com o uso de
solução contendo cloro. As técnicas empregadas para auxiliar no desenvolvimento
deste processo foram: espectroscopia de fluorescência de raios X, difratometria de raios
X, análise dilatométrica, microscopia eletrônica de varredura, microanálise por energia
dispersiva, calorimetria diferencial de varredura e sistema “laser ablation ICP-MS”.
Realizaram-se algumas medidas de propriedades como densidade e resistência ao
ataque químico. Foi comprovado que é possível a fabricação de peças cerâmicas que
possuem efeito antimicrobiano.
xv
ABSTRACT
The present study reports the results of a research in which a process for
producing ceramic tiles with antimicrobial properties was developed. In this process two
pieces of glass with ion exchange properties were formulated. In the first one the ion
exchange properties were maximized and the second one was formulated in order to
utilize the ceramic paving covering enamel. Both had in common a minimum quantity of
sodium. Then a paste was developed to serve as a vehicle for silver ions. The ion
exchange was used as a means of doped the ceramic with silver ions which were
responsible for the antimicrobial effect. The silver presented in the paste exchanged
ions with the sodium presented in the ceramic enamel. A series of parameters of
processing were optimized, like: the ion exchanging paste, the ion exchanging
temperature, the glass sodium content, minimum quantity of silver. The study also
presents microbiological methods of analysis which were developed specifically for
ceramic materials, because the application of traditional methods used at laboratories of
analyses were not efficient for the present study. And finally it was studied the
decrease of antimicrobial properties by the use of a chlorine solution. The following
techniques were used to help the development of this process: X ray fluorescence, X
ray diffraction, dilatometric analysis, scanning electronic microscopy, energy dispersive
spectroscopy, differential scanning calorimetry, and laser ablation ICP- MS system.
Some measures of properties like density and resistance to chemical atack were also
carried out. The results show that the production of ceramic tiles with antimicrobial
effect is really possible.
CAPITULO 1
1.0 INTRODUÇÃO
A cerâmica de revestimento é amplamente utilizada em residências, construções
comerciais, laboratórios, fábricas, sanitários, entre outros. A justificativa para tal uso é
decorrente de suas propriedades, tais como: elevada resistência física ao desgaste, alta
resistência a ataque químico, estética, facilidade de limpeza e custo relativamente
baixo.
A indústria cerâmica nacional possui grande importância para a economia e sua
participação no PIB (produto interno bruto) chega a 1%, (Bustamante et all., 2000). O
Brasil é atualmente, um dos quatro maiores produtores e o quinto exportador mundial
de revestimentos cerâmicos, com uma produção de 473 milhões de metros quadrados
(Ceramic World Review, 2002). Na Região Sul estão instaladas 34% das indústrias de
cerâmica de revestimento do país. Santa Catarina é o estado com maior volume de
exportações de cerâmicas do Brasil. (ANFACER, 2001).
A globalização da economia e, por conseqüência, o aumento da competitividade
internacional, impõe às indústrias a necessidade de elevar a qualidade de seus
produtos e dos processos de produção. Um fator diferencial que pode ser decisivo na
escolha de um determinado produto pelo mercado, cada vez mais exigente, é o
acréscimo de novas propriedades àquelas já existentes. No presente caso, o objetivo
foi adicionar à cerâmica a propriedade antimicrobiana, em complementação às
tradicionalmente existentes. Nos últimos anos, novos produtos com essa característica
têm surgido no mercado nacional e internacional. Um produto com uma nova
propriedade ajudará a consolidar ainda mais a posição que o Brasil ocupa no mercado,
pois aumentará o valor agregado.
No parque industrial catarinense, as cerâmicas possuem destaque e pode-se
afirmar que o domínio do processo para a produção de vidros com características
antimicrobianas é uma etapa fundamental para a posterior produção do revestimento
INTRODUÇÃO 2
cerâmico em escala industrial com estas propriedades. A implantação do processo
industrial será imediata, visto a existência de um grande mercado potencial e ainda, a
vocação industrial de nosso estado e região, conforme salientado anteriormente.
Existem diversas maneiras para se conseguir o efeito bactericida, sendo o uso
de efeito oligodinâmico um método eficaz e bem conhecido (Oku, 1998). A propriedade
oligodinâmica é a ação que certos íons metálicos têm sobre os microorganismos,
impedindo o seu crescimento (bacteriostático), ou ainda, matando-os (bactericida). As
concentrações empregadas desses íons são baixas, na ordem de partes por milhão.
Diversos íons metálicos possuem essa propriedade, entre eles a prata, o titânio, o
mercúrio, o cobre, o cádmio, o cromo, o níquel, o estanho, o chumbo, o cobalto, o
zinco, o ferro, o manganês, o arsênico, o antimônio, o bismuto, o cério e o bário. Sabe-
se ainda que o efeito oligodinâmico ocorre quando esses elementos metálicos
encontram-se na forma excitada e/ou iônica (Pelkzar, 1998).
Neste trabalho, desenvolveu-se uma metodologia para produzir cerâmicas de
revestimento com propriedades antimicrobianas. A característica de sinterização
imposta nos processos atuais de produção de revestimentos cerâmicos traz
dificuldades para deixar elementos metálicos na forma iônica, pois a atmosfera é
oxidante e estes tendem a formar óxidos. A prata, por formar o óxido metálico com a
menor temperatura de dissociação, tende a ir para o estado metálico (Filho, 1981).
A literatura pesquisada apontou alguns trabalhos desenvolvidos com o intuito de
se conseguir cerâmicas com propriedades antimicrobianas. Porém, para cerâmicas de
revestimento, basicamente, existia um único processo, que é o confinamento iônico, no
qual íons metálicos são confinados em uma rede vítrea estável, que garante a
existência desse íon mesmo quando submetido à sinterização a altas temperaturas
(Atsumi, 1992). Esse processo, entretanto, traz dificuldades de colocar em contato os
microrganismos com os íons de prata e o efeito nem sempre é o desejado.
Assim, optou-se por trabalhar com a troca iônica, cujo processo exige dois
tratamentos térmicos. O primeiro, à temperatura de sinterização normal da peça
cerâmica, aproximadamente 1200°C. O segundo, em temperatura abaixo de 450°C,
que tem por objetivo a troca iônica. Com esse tratamento fica disponível junto a
superfície uma quantidade de íons de prata em concentração suficiente para inibir e/ou
INTRODUÇÃO 3
matar os microrganismos indesejáveis.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GERAL
Estudar e desenvolver processos de fabricação de cerâmicas de revestimento
com propriedades antimicrobianas utilizando a troca iônica.
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Formular e desenvolver vidros que possuam capacidade de troca iônica com
íons metálicos com potencialidade antimicrobiana.
- Otimizar o teor de alcalinos - o sódio e o lítio maximizam a troca iônica com a
prata, mas diminuem a inércia química da camada vítrea.
- Estudar a difusão do íon prata no vidro - a propriedade antimicrobiana ocorre na
superfíce, logo a difusão dos íons para o interior da camada vítrea tornará
indisponível esse íon para poder interagir com o microorganismo.
- Avaliar a influência do tempo e da temperatura na troca iônica.
- Preparar o esmalte e verificar seu comportamento diante do substrato, da
expansão linear e de possíveis variantes, como o acréscimo de opacificantes e
corantes e sua influência sobre as propriedades bactericidas.
- Preparar solução trocadora que possa carregar os íons de prata e realizar a troca
com os íons alcalinos existentes na camada vítrea da peça cerâmica.
- Otimizar a quantidade de prata, pois esta maximiza a ação bactericida, porém é
um material com preço elevado.
- Desenvolver metodologia de análise para a eficiência antimicrobiana. Por ser um
produto novo será necessário o desenvolvimento de uma metodologia adequada
para analisar a eficiência antimicrobiana do produto, visto que a aplicação direta
das metodologias microbiológicas existentes mostraram-se inadequadas.
INTRODUÇÃO 4
- Desenvolver uma metodologia para análise de perda de eficiência com o tempo:
na interação dos íons metálicos com os microorganismos e meio-ambiente,
ocorre a passivação desses íons, diminuindo a quantidade total destes com o
tempo, baixando a eficiência antimicrobiana.
- Estudar detalhadamente o comportamento micrográfico e iônico da camada
vítrea: observando possíveis modificações microestruturais com a adição da
prata (durante a troca iônica), bem como verificar a quantidade de íons Ag
+
presentes na superfície.
Durante o desenvolvimento deste trabalho foram empregadas as seguintes
técnicas e equipamentos:
a) para verificar a eficiência microbiológica foi utilizada a técnica desenvolvida
por Bauer e Colaboradores (1961), com modificações, Concentração Inibitória Mínima
(CIM), Concentração Bactericida Mínima (CBM), bem como contagem de céluas viáveis
em funcao do tempo (CFU em funcao do tempo).
b) para caracterização das matérias-primas e no estudo da camada de esmalte,
dos vidros e íons da peça cerâmica foram empregados: espectroscopia de
fluorescência de raios X, calorimetria diferencial de varredura, termogravimetria,
difratometria de raios X, análise dilatométrica, microscopia eletrônica de varredura,
calorimetria diferencial de varredura, microanálise por energia dispersiva( EDS),
sistema “Laser Ablation ICP – MS”.
CAPÍTULO 2
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 ÍONS METÁLICOS PARA USO BACTERICIDA
2.1.1 INTRODUÇÃO
Microrganismos têm coexistido com os metais ao longo da evolução da
vida no nosso planeta. Isso se reflete em muitas enzimas, nas quais metais bivalentes
ou de transição são os centros ativos. As propriedades químicas dos metais têm sido
requisitadas para catalisar as reações ou para manter as estruturas das proteínas
(Valls, 2002). Os metais estão envolvidos em todos os aspectos do crescimento,
metabolismo e diferenciação microbiana. Muitos dos metais são indispensáveis para a
vida do microrganismo, como por exemplo K, Na, Mg, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo,
enquanto outros não possuem funções biológicas conhecidas, como por exemplo Al,
Ag, Cd, Sn, Au, Sr, Hg, Tl, Pb (Gadd, 1992). Esses elementos podem interagir com as
células microbianas e acumularem-se como resultado dos mecanismos físico-químicos
e de transporte. Eles são necessários, em pequenas quantidades, para o metabolismo
normal da célula e depois de absorvidos por ela são objetos de intrincados mecanismos
(Gadd, 1992).
O efeito bactericida causado por pequenas quantidades de certos íons metálicos
é conhecido há muito tempo (von Naegeli, 1893; Goetz, 1943; Pelkzar Jr. et all., 1998;
Tortora, et all., 2000). Povos antigos, como os gregos e os romanos, observaram que o
limo (algas) não crescia junto a objetos de cobre e de prata. Também era do
conhecimento desses que a água armazenada em jarros de prata permanecia potável
por um intervalo de tempo maior do que aquela armazenada em jarros de argila. Esse
efeito é conhecido como efeito oligodinâmico, que é definido como: “a capacidade que
quantidades extremamente pequenas de certos metais, particularmente a prata,
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 6
possuem para exercerem efeito letal sobre as bactérias” (Pelkzar Jr. et all., 1998). O
termo origina-se do grego “oligos = pequeno” e “dinamikós = poder”. O estudo das
propriedades oligodinâmicas foi iniciado por von Naegeli em 1893. Desde então, tem
sido base para o desenvolvimento de muitos processos e produtos (Muller, 1976; Pratt,
et all., 1989; McAllister, et all., 1992; Ohsumi, et all., 1995; Oku et all., 1998).
A prata, assim como o mercúrio, o chumbo, o ouro e o cobre, são conhecidos
metais pesados e atacam a matéria viva em geral e, particularmente, a vida de
protozoários. Metais pesados podem ser definidos como um grupo de
aproximadamente 65 elementos metálicos, com densidade maior do que 5 g/cm
3
e que,
em geral, possuem efeitos tóxicos em microrganismos e outras formas de vida (Gadd,
1978; Duxbury, 1985). Esse conceito é bastante impreciso, pois nesse grupo podem ser
encontrados elementos diversos, inclusive não-metais, como no caso do As, Sb, Bi, Se
e Te. Dentro do grupo dos metais pesados, a prata é o menos tóxico para as formas de
vida superiores e não se tem evidência que seja prejudicial quando o seu uso é
realizado em pequenas concentrações (Goetz, 1943). Estudos descritos por Lukens
(1971), relatam a fungotoxicidade de elementos metálicos em relação à sua posição na
tabela periódica. A toxicidade dentro de determinado grupo aumenta com o peso
atômico. A prata e o ósmio são os elementos mais tóxicos. Martin (1969) mostra outra
forma de classificar os elementos quanto a fungotoxicidade colocando-os em ordem
descendente: Ag > Hg > Cu > Cd > Cr > Ni > Pb > Co > Zn > Fe > Ca. Ele também
apresenta um estudo correlacionando os efeitos da concentração, tempo de exposição,
pH e temperatura no uso da prata para o tratamento de água. Estuda, ainda, o efeito
causado por impurezas presentes como fosfatos, cálcio, cloretos e sulfetos.
Goetz (1943) afirma que a prata é germicida somente se entrar em contato com
a superfície da célula e quando os átomos da prata estiverem em seu estado excitado
ou estado ionizado. Por estado excitado, entende-se que os elétrons de um átomo
estão em um estado diferente daquele em que o átomo apresenta o mínimo de energia
livre. Afirma, ainda, que o átomo de prata torna-se inofensivo quando forma compostos
que não se dissociam, como por exemplo, o Ag
2
S. Entretanto, faz uma ressalva, na
qual assegura que superfícies de prata não limpas quimicamente (levemente oxidadas
ou halogenadas) mostram uma surpreendente ação bactericida. Em geral, as
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 7
superfícies de prata, quando levemente polidas, apresentam alguma atividade
bactericida, mas essa ação germicida normalmente desaparece após uma hora ou
menos.
Deve-se a natureza das reações entre a prata e as proteínas das células vivas a
seguinte situação geral: a superfície da célula entra em contato direto com um átomo de
prata excitado ou um íon de prata. Esses íons de prata são absorvidos pela superfície
da célula e, subseqüentemente, formam proteinatos de prata, que desnaturam os
constituintes das proteínas da célula e assim conduzem a célula à morte. Esse
mecanismo é de muita importância prática, visto que, uma vez a prata sendo
incorporada dentro da célula, não estará mais disponível para outras células. Estudos
realizados com Saccharomyces cerevisiae (Goetz, 1943) mostram que a quantidade de
prata necessária para matar a célula é uma pequena fração da capacidade total de
ligação desta prata com a célula. É demonstrado que a capacidade total de absorção
da prata fica ao redor de 1 x 10
9
íons de prata, enquanto que o número de íons
necessários para matar a célula fica ao redor de 1 x 10
4
.
Sob o ponto de vista prático, a prata é um material que apresenta um custo
relativamente elevado e, assim sendo, sempre se buscará uma minimização na
quantidade para diminuir os custos. Contudo, deve ser recordado que o efeito
bactericida também depende da concentração da prata e assim faz-se necessário uma
otimização dessa concentração. Estudos realizados por Goetz (1943) demonstram que
para o tratamento de água deve-se trabalhar com concentrações de 10
5
a 10
6
íons de
prata, para cada microrganismo presente.
Outro item importante para a utilização da prata em produtos é que a
concentração de íons seja homogênea em toda a superfície, para aumentar a
possibilidade de contato da célula com o íon prata.
A ação de íons Ag
+
sobre microrganismos, pode variar desde a destruição quase
instantânea do mesmo, até uma prolongada ação bacteriostática. Este efeito é
dependente das características do microrganismo, das condições químicas e da forma
como a prata é aplicada. Têm sido relatado (Goetz, 1943) que as concentrações de
prata necessárias para ter-se efeito germicida ficam entre 0,02 ppm a 1ppm. Como visto
anteriormente, a concentração letal para as células é 10
4
íons de Ag
+
. Se a
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 8
concentração inicial for de 5 x 10
6
microorganismos / ml serão necessários 10
13
íons de
prata por litro. Assim sendo é preciso somente 0,00001 ppm para matar a população
toda sob condições ideais. Contudo, sob condições práticas, foram utilizadas
concentrações de até 0,6 ppm para descontaminar água.
2.2 MECANISMOS DE ATUAÇÃO DE ÍONS METÁLICOS SOBRE AS BACTÉRIAS
Virtualmente todos os metais, essenciais ou não, exibem propriedades tóxicas
acima de certa concentração. Os principais mecanismos de toxicidade ocorrem devido
à forte habilidade de coordenação nas ligações químicas (Ochiai, 1987). A
multiplicidade e variedade das ligações encontradas nos microorganismos tornam
possível que esses sofram influência dos metais pesados em muitas etapas durante o
crescimento. Os efeitos tóxicos incluem o bloqueamento dos grupos funcionais de
importantes moléculas, como enzimas, polinucleotídios, sistemas de transportes para
nutrientes, troca ou deslocamento de íons essenciais e rompimento da integridade das
membranas da célula e das organelas.
Na Figura 1, pode ser observado um diagrama que representa a relação entre
os microrganismos e os íons metálicos essenciais e não-essenciais. Observa-se que
existe uma concentração ótima para os íons essenciais. Acima dessa concentração, os
metais passam a exercer um efeito danoso sobre os microrganismos. A presença de
íons metálicos não-essenciais normalmente é prejudicial em qualquer quantidade. As
faixas de concentração e os padrões de resposta irão depender do metal envolvido, do
organismo e dos fatores ambientais. Os efeitos microbiológicos podem incluir, por
exemplo, índice de crescimento, reprodução, diferenciação e metabolismo (Morgan,
1991). Em termos gerais, os microrganismos em contato com os metais têm o seu
crescimento controlado e acontece uma seleção, em que alguns microrganismos são
resistentes. Os mecanismos que as células empregam no intuito de neutralizar o efeito
tóxico dos metais são diversos e podem ser citados os seguintes: precipitação extra-
celular, complexação e cristalização, transformações que incluem oxidação, redução,
metilação e dealquilação, biosorção nas paredes das células, impermeabilidade,
decréscimo no transporte, efluxo e compartimentação celular.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 9
M
+
SSENCIAIS
IONS METÁLICOS
E
IONS METÁLICOS
ESSENCIAIS
FIGURA 1 - Representação diagramática da relação entre a concentração de íons
metálicos essenciais ou não-essenciais e o efeito microbiológico (Gadd,
1992).
Substâncias que matam os microrganismos ou previnem o seu crescimento são
chamados de agentes antimicrobianos. Mais especificamente, são agentes
antibacterianos, antivirais, antifúngicos e antiprotozoários, dependendo do
microrganismo afetado (Tortora, 2000).
Os agentes antimicrobianos que matam os microrganismos são agentes
microbicidas. A destruição de todos os microrganismos presentes em um material,
incluindo esporos, é denominado esterilização. Agentes que apenas inibem o
crescimento dos microrganismos são chamados de agentes microbiostáticos (Tortora,
2000).
2.2.1 PADRÃO DE MORTE EM UMA POPULAÇÃO MICROBIANA
O critério de morte de um microrganismo é definido como perda da capacidade
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 10
de reproduzir-se. Para a avaliação da eficiência de um agente microbicida, uma
amostra do material tratado é cultivada para determinar o número de sobreviventes, isto
é, aqueles que podem crescer e multiplicar-se. Estudos sobre determinados agentes
microbianos afirmam que os microrganismos são mortos por contato, porém, é errôneo
concluir-se que todos os microrganismos são mortos instantaneamente. Eles morrem
em uma relação constante em um dado período de tempo. Esse padrão característico
de morte é denominado morte exponencial. Lin, em 1997, observou que a inativação
dos organismos seguem a taxa de declínio expressa pela seguinte equação:
-(dN/dt) = k N / [(1+ax(Ct)] (1)
em que N é a concentração em um tempo t, de microrganismos dotados com a
capacidade de se reproduzirem, (também chamados de células viáveis), e (N= N
o
quando t = t
o
), C é a concentração do desinfetante que permanece constante em função
do tempo, k é uma taxa de primeira ordem do decaimento no tempo zero, a é o
coeficiente da taxa, e t é o tempo de contato. Outra maneira bastante utilizada para
classificar-se a atuação de agentes antimicrobianos está representada na Figura 2.
FIGURA 2 - Representação diagramática da atuação de um agente antimicrobiano
versus o tempo.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 11
Nela, pode ser observado que a contagem das células viáveis em função
do tempo indica que a atuação do agente sobre o microrganismo, leva à esterilização,
à pasteurização, ou ainda, apresenta resultado ineficiente e os microrganismos acabam
proliferando-se.
Quando os mecanismos que destroem as células forem elucidados, será
possível predeterminar as condições sob as quais o íon prata atuará mais efetivamente.
Isso pode também auxiliar na revelação das espécies de microorganismos que serão
susceptíveis ao ataque. Os principais mecanismos de destruição microbiana estão
associados com os principais aspectos estruturais de uma célula bacteriana. Pode-se
visualizar no desenho esquemático apresentado na Figura 3, que de maneira geral,
uma célula bacteriana contém no citoplasma: DNA, ribossomos que sintetizam
polipentídios, e centenas de enzimas (Pelkzar Jr. et all., 1998). Delimitando o conteúdo
citoplasmático, as bactérias apresentam uma membrana semipermeável (membrana
citoplasmática), que envolve e mantém a integridade do conteúdo celular, controlando
de maneira seletiva a passagem de substâncias para dentro e para fora da célula e
contém algumas das enzimas responsáveis pelos processos metabólicos.
FIGURA 3 - Desenho esquemático de uma célula procariótica (bacteriana) (Pelkzar Jr.
et all., 1998).
Na parte mais externa, as camadas referentes ao envoltório celular. Uma lesão
em qualquer um desses níveis pode levar a célula à morte. Deve ser considerado,
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 12
ainda, que existem diversas condições que influenciam a atividade antimicrobiana.
Os agentes utilizados para inibir ou destruir populações de microorganismos
podem sofrer grandes influências de muitos fatores ambientais, bem como de
características biológicas das células. Assim devem ser consideradas algumas variáveis
importantes no processo (Tortora, 2000; Pelkzar, 1998 ):
- o tamanho da população microbiana: populações maiores levam mais tempo
para morrer do que populações menores;
- a concentração do agente microbicida: quanto menor a concentração maior é o
tempo para destruir uma população;
- tempo de exposição ao agente microbicida: quanto maior o tempo de
exposição, maior será o número de células mortas;
- temperatura em que os microrganismos são expostos ao agente microbicida:
em geral, quanto maior a temperatura mais rapidamente uma população é morta;
- natureza do material que contém os microorganismos: várias características do
material podem afetar o índice de morte celular causado pelo agente microbicida, como
por exemplo, se fluido ou viscoso;
- características dos microrganismos: os microrganismos variam
consideravelmente na resistência à agentes químicos e físicos.
Alguns procariotes mostram resistências específicas determinantes, tolerando
metais, utilizando para tanto, uma grande variedade de mecanismos (Figura 4).
Diferentes microrganismos exibem respostas diversificadas aos íons tóxicos, que lhes
conferem uma certa tolerância a esses metais (Valls, 2002).
Os eucariotes são mais sensíveis à toxicidade dos metais do que as bactérias e
seu mecanismo típico para regular a concentração intracelular de íons metálicos é
desenvolvido por “metallothioneins” (MTs), uma família de proteínas metálicas
quelantes. Outro mecanismo é a redução bacteriana do íon metálico à sulfato (SRB),
que confere um certo grau de tolerância ao metal. Na Figura 4 as concentrações
citadas servem somente como indicativo de como variam largamente dentro dos grupos
taxonômicos considerados.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 13
FIGURA 4 - Capacidade bacterial e mecanismos de tolerância para metais pesados
(Valls, 2002).
Na Figura 5, o esquema resume as várias maneiras que a bactéria reage à
presença de metais exemplificado pelo (M
2+
) no meio. Esses mecanismos incluem as
ligações intra ou extracelular e a imobilização do metal com a proteína cognata,
(freqüentemente a MTs) ou combinado a um ânion, a biotransformação do íon tóxico
em espécie com menor toxidade ou uma forma mais volátil e a redução do metal.
Contudo podem ser destacados três mecanismos além dos acima citados, por
estarem constantemente presentes em muitos estudos realizados (Lin 1998, Valls,
2002).
A) LESÃO NA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
A membrana citoplasmática de um microrganismo é, normalmente, o alvo de
muitos agentes de controle microbiano. Esta membrana regula ativamente a passagem
de nutrientes para dentro das células e a eliminação de dejetos da mesma. O acúmulo
de íons junto à parede celular desequilibra a permeabilidade da membrana
citoplasmática, além de provocar danos à mesma, pois ocorrerão deslocamentos de
íons do citoplasma na tentativa de neutralizar as cargas.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 14
FIGURA 5 - Diagrama representativo dos mecanismos que a bactéria utiliza para
enfrentar concentrações tóxicas de metais pesados (Valls,2002).
Essa lesão poderá chegar ao extremo de causar o rompimento da membrana
celular e a conseqüente perda do conteúdo citoplasmático ocasionando a morte da
célula. Deve ainda ser salientado, que o envoltório celular (membrana citoplasmática +
parede celular) é diferente entre os dois principais grupos de bactérias (Gram-positiva
ou Gram-negativa). As diferenças na composição e espessura desse envoltório
influencia na maior ou menor facilidade da ação dos íons metálicos. As bactérias Gram-
negativas possuem na parede celular uma fração denominada de membrana externa,
conforme pode ser visualizado no esquema da Figura 6, que confere a esses
organismos maior resistência à ataques químicos.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 15
FIGURA 6 - Representação esquemática das diferenças entre a estrutura fina da
parede celular de bactérias Gram-positivas (bacillus sp) e um pouco mais
espessas das bactérias Gram-negativas (Pelkzar Jr. et all., 1998).
B) INIBIÇÃO DE UMA ENZIMA ESPECÍFICA
As enzimas, que são a princípio proteínas, são vitais para todas as atividades
celulares. Deve ser recordado que as propriedades funcionais das proteínas resultam
da sua forma tridimensional.
Essa forma é mantida por ligações que unem as porções adjacentes da cadeia
de aminoácidos. A interferência nessas ligações desnatura a proteína. Em nível
molecular os metais pesados podem atuar com o reagente sulfidril que se liga ao tiol
livre (grupos - SH) das proteínas (Snow, 1992). Todas as proteínas tirosinas fosfatases
contém tal grupo (-SH) e foi demonstrado recentemente que metais pesados inibem a
fosfatase JNK, presumivelmente via este mecanismo (Cavigeli, 1996).
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 16
Existem muitos tipos diferentes de enzimas em uma célula. A inativação de uma
enzima pode ocorrer por diversos motivos, entre esses, pela combinação de um de
seus componentes, o grupo sulfidrila – SH, com íons metálicos como, por exemplo, a
prata, o cobre e o mercúrio.
A prata, vinda de um sal (como o nitrato), liga-se com o enxofre do grupo
SH, conforme o esquema apresentado na Figura 7. Essa reação inativará a enzima
podendo ocasionar a morte da bactéria.
FIGURA 7 - Desenho esquemático da reação entre o íon metálico e a cadeia sulfidrila
presentes em enzimas.
C) ATUAÇÃO SOBRE OS ÁCIDOS NUCLÉICOS
Os ácidos nucléicos DNA e RNA são os responsáveis pela herança genética
celular. Um distúrbio causado a esses componentes nucléicos pode ser letal para a
célula, por acarretar prejuízos à replicação e outras funções metabólicas normais, como
a síntese de enzimas.
Certos agentes químicos sintéticos e algumas substâncias naturais são
poderosos inibidores da síntese do DNA e do RNA. A mutação que ocorre devido à
exposição de uma célula ao íon Ag
+
é classificada como mutação química. São
referidas ainda como mutações induzidas, para distinguir da mutação espontânea.
As mutações químicas podem ser subdivididas em:
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 17
-substituição de base nitrogenada;
-adição de base nitrogenada;
-deleção de base nitrogenada;
Embora existam outros mecanismos que atuem na destruição de um
microorganismo por íons metálicos esses três anteriormente citados possuem destaque
e prevalecem sobre os demais.
A exposição das células aos metais pesados também induz a transformações
causadas por hipometilação do DNA, resultando em expressões aberrantes dos genes.
2.3 TROCA IÔNICA
2.3.1 GENERALIDADES
A troca iônica é uma técnica bastante utilizada para modificar a composição dos
vidros e para aumentar, de maneira controlada, muitas propriedades não-convencionais
(Frischat, 1975; Terai, 1971; Doremus, 1973). A aplicação da prata para a coloração
de vidrados vem de longa data, sendo que já na Idade Média os vitrais de diversas
catedrais eram tratados com pastas ou banhos de sais de prata com o intuito de
salientar a cor amarela (Navarro, 1991). O procedimento comum para a troca iônica
inclui a imersão do substrato de vidro dentro de um banho de sais fundidos com cátions
monovalentes, tais como Ag
+
, Cu
+
, ou K
+
, que são introduzidos dentro do vidro em troca
com os íons de sódio. Dessa forma, o vidro atua como uma interface seletiva de íons.
Essa troca cria gradientes de concentração de ambos os cátions dentro do vidro e,
esses gradientes, afetam muitas propriedades (Lee et all., 1992; Samuels et all., 1990).
A troca iônica pode realizar-se simplesmente por difusão térmica, ou ainda, assistida
por um campo elétrico. Um dos mais importantes cátions que são introduzidos na
superfície dos vidros por troca iônica para modificar as propriedades químicas e físicas
é a prata. O íon prata quando presente na camada superficial modifica as propriedades
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 18
óticas, elétricas e mecânicas do vidro base. A magnitude da mudança dessas
propriedades está relacionada com a distribuição e concentração da prata e a forma em
que ela está presente na rede estrutural do vidro.
Os parâmetros que afetam o processo de troca iônica e alteram a forma dos
perfis de concentração incluem a composição do vidro, o composto que serve de fonte
de prata, temperatura e tempo de troca, além do uso ou não de campo elétrico. De
certa forma, tem-se um inter-relacionamento dos íons dopantes com a estrutura dos
vidros.
A quantidade total de íons de prata introduzidos dentro dos vidros pela troca
iônica pode ser controlada pelas condições em que se realiza a mesma; o perfil de
concentração controlado pela troca iônica e os tratamentos térmicos posteriores
(Ramaswany et all., 1988).
2.3.2 – PERFÍS DE CONCENTRAÇÃO E DIFUSÃO
Os íons Ag
+
e Na
+
são monovalentes e possuem raios iônicos semelhantes.
Diversos estudos (Ahmed et all., 1997; Berger, 1992; Borsella, et all., 1998,
Sharaf et all., 1991) apontam o íon Na
+
como o melhor trocador com o íon Ag
+
. Ahmed
et all (1997) empregando microanálise por energia dispersiva antes e após a troca
iônica mostram que os perfis de concentração dos íons Al, Ca, Mg e K permanecem
praticamente inalterados, conforme pode ser observado nas Figuras 8 e 9.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 19
A B
FIGURA 8 - Distribuição dos elementos no vidro antes da troca iônica. a) em direção
paralela à superfície; b) em direção perpendicular à superfície ( Ahmed et
all., 1997).
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 20
FIGURA 9 - Distribuição de elementos no vidro após a troca iônica na direção
perpendicular à superfície ( Ahmed et all., 1997).
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 21
Por outro lado, a concentração do sódio na direção perpendicular à superfície do
vidro não permanece uniforme como antes da troca iônica.
A prata é detectada após a troca e também não possui concentração uniforme na
direção perpendicular à superfície, conforme pode ser observado na Figura 10.
FIGURA 10 - Perfil de concentração da prata para diversos tempos de tratamento (
Ahmed et all. 1997).
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 22
Outros trabalhos (Doremuz, 1962) também mostram que a prata troca somente
com os íons sódio e não com outros componentes nos vidros.
Na Figura 10, observa-se ainda o perfil de concentração da prata em função da
profundidade para diversos tempos de troca iônica. Nota-se, também, que existe
perfeita concordância com a equação da difusão, ou seja, que aumenta a concentração
à medida que aumenta o tempo de troca iônica.
O vidro é considerado um trocador iônico, no qual a rede de silicatos atua como
a fonte de ânions. A força motora para a interdifusão da prata e o sódio no interior do
vidro que inicia na interface entre o vidro e o banho de sais fundidos é a existência de
um grande gradiente de concentração (Lanford et all., 1979; Doremus, 1983). Esse
gradiente de concentração possibilita a prata trocar a posição com os íons sódio que
por sua vez possuem alta mobilidade.
As Figuras 11a e 11b mostram o efeito da temperatura utilizada na troca iônica
sobre o perfil de concentração da prata para tempos constantes. Em ambos os casos, a
concentração da prata na superfície dos vidros e a profundidade de penetração
aumentam com o acréscimo da temperatura de troca iônica.
Os diferentes ambientes dos dopantes e dos cátions constituintes possuem
importantes implicações para a troca iônica. Se tomarmos como exemplo as taxas
relativas de difusão do sódio e da prata, podem ser tiradas importantes conclusões a
partir de informações estruturais dos vidros silicatos de sódio. A energia de ligação
eletrostática Eb para um alcalino isolado é dada por :
Eb =
∞
επε
o
4
1
OrM
e
−
2
(2)
no qual “ε
o
” é a constante de alta frequência dielétrica e rM-O a distância álcali-oxigênio,
que pode ser obtido por espectroscopia de absorção de raios X de estrutura fina
(XAFS). Comparando o sítio hospedeiro do sódio e a distância menor na ligação entre o
Ag-O tem-se, conseqüentemente, maior força coulumbiana para a prata, e isto indica
que a energia de ligação, Eb, é maior para a prata que para o sódio e uma taxa de
difusão mais lenta para a prata pode ser esperada.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 23
FIGURA 11 - perfil de concentração da prata no substrato de vidro em função da
temperatura mantendo tempo constante ( Ahmed et all., 1997).
Por exemplo, a 500 °C, o coeficiente de difusão da prata nos vidros é quatro
vezes menor do que o do sódio quando R=0,17. Para cátions isolados, pode-se
expressar a taxa de difusividade DNa/DAg a uma dada temperatura como:
DAg
DNa
=
−
KT
NaEbAgEb
AgR
NaR
Ag
Na
)()((
exp
)(
)(
2
2
υ
υ
(3)
em que RNa e RAg são as distâncias esperadas e ν(Na) ν(Ag) são as freqüências
atemporais esperadas e as energias de ligação Eb(Na) e Eb(Ag) são dados pela
equação (2). Como a rede do vidro é comum a ambos os cátions é razoável esperar
que ν(Na) e ν(Ag) e as constantes de freqüências dielétricas e(Na) e e(Ag), sejam
também aproximadamente iguais. Pode-se presumir além disso que as distâncias
esperadas de RNa e RAg com os respectivos oxigênios vizinhos mais próximos que a
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 24
equação 2 seja simplesmente uma função de rNa-O e rAg-O. Se inseridos os valores
medidos de rM-O na equação 2 e estimando que o hospedeiro e o dopante possuam
taxas de difusividade
DAg
DNa
de 3 (que está próximo ao valor observado), a mobilidade
desigual do sódio no sítio hospedeiro e dos cátions de prata trocados resultam em
coeficientes interdifusão dependentes de concentração em que:
D
1
=
Ag
Na
D
N
+
Na
Ag
D
N
(4)
sendo que N
Na
e N
Ag
são as frações molares dos cátions para o vidro trocador de íons,
e depende da concentração da prata de maneira análoga ao efeito do álcali misto
(Hounde, 1993).
Este efeito é manifestado pela baixa condutividade em vidros alcalinos mistos
comparado com aqueles de álcalis simples. O aumento na energia de ativação para a
condução iônica tem sido atribuído as interações álcali-alcali a curtas distâncias. É
demonstrado ainda que os coeficientes de interdifusão são independentes da
concentração até que o íon introduzido atinja 25% do total de íons de sódio presentes
no vidro(Ahmed, 1997).
O coeficiente de interdifusão pode ser calculado em face das medidas dos
perfis de concentração de prata, aplicando a solução da segunda lei de Fick:
C = C
o
erfc
Dt
X
2
(5)
Na qual C é a concentração do íon que está se difundindo a uma distância X
após um tempo t, C
o
é a concentração na superfície do íon difundido e erfc é a função
erro conjugada. Os íons Ag
+
são mais polarizáveis que os íons Na
+
e possuem uma
maior energia de ionização e ainda uma maior eletronegatividade (Sharaf et all., 1991).
Sharaf (1991) afirma que a diferença de eletronegatividade e uma maior energia de
ionização para as ligações Ag – O quando comparadas com as ligações Na – O,
indicam um caráter covalente maior para a primeira ligação. Esse aumento do caráter
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 25
covalente para as ligações Ag – O pode ser a causa para formar essa segunda ligação,
em que a prata substitui o sódio na rede do vidro, conforme desenho esquemático na
Figura 12, formando ligações Ag – O – Si em substituição às ligações Na – O – Si.
Ag
+
FIGURA 12 - Desenho esquemático em que está representado a substituição do íon
sódio pelo íon Ag. (a) vidro de rede modificada (vidro sódico). (b)vidro de
alumina-sílica.
São observadas ainda mudanças na energia de ativação. A partir do coeficiente
de interdifusão da Ag em função da temperatura pode-se avaliar o comportamento da
energia de ativação pela aplicação da equação do tipo de Arhenius:
D = D
o
e
(6)
RT
Q
−
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 26
em que Q é a energia de ativação dado em kJ/mol. Esta relação está demonstrada na
Figura 13, na qual se tem um exemplo de uma interdifusão em vidro a 300
o
C. A relação
pode ser representada por duas linhas retas, cuja intersecção ocorre na temperatura de
470
o
C. A energia de ativação e os fatores pré-exponenciais são calculados na Figura 13
e podem ser representados por:
350
°C
< T < 470
o
C D = 4,62 x 10
-7
e
RT
− 1,34
(7)
T > 470
o
C D = 4,13 x 10
-1
e
RT
− 7,118
(8)
Dois fatores que são afetados pela temperatura podem ser os responsáveis pela
mudança na energia de ativação. Com o aumento da temperatura, a prata iônica é
reduzida a átomos de prata que difundem para formar agregados de prata. A estrutura
do vidro também é modificada se a temperatura exceder a Tg (temperatura de transição
vítrea).
FIGURA 13 - Dependência do logaritmo do coeficiente de interdifusão da prata em
temperatura de aquecimento para troca em vidros a 300 °C por 1 h.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 27
A redução de íons de prata para formar prata elementar (Ag
o
) começa a 450
o
C.
Os átomos de prata são estáveis na faixa de temperatura entre 450
- 525
o
C. Estes
átomos começam a agregar-se na forma de cristalitos de prata a cerca de 475
o
C.
Assim é esperado um menor valor para energia de ativação para a difusão em
temperaturas abaixo de 470 °C, pois corresponde a difusão de átomos de prata.
2.3.3 – AMBIENTE ATÔMICO FORMADO PELO VIDRO E A PRATA
Houde e Inman, em 1994, utilizando absorção de raios-x de estrutura fina,
perceberam que em vidros silicato de sódio os íons alcalinos formavam clusters e/ou
canais. Por esse método, mediram também o ambiente atômico dos íons alcalinos e a
rede formada pelos cátions. O método demonstrou ainda ser eficiente para prever as
propriedades de transporte iônico (dos íons alcalinos), em vidros silicatos binários.
Demonstraram que a adição de alumina (Al
2
O
3
) nos vidros silicatos exerce efeito
profundo nas propriedades do vidro. A difusividade dos cátions móveis aumenta quando
Al
2
O
3
é adicionado nos vidros silicatos alcalinos, alcançando o valor máximo quando a
concentração relativa R= [mol%Al
2
O
3
]/[mol%Na
2
O] é unitária. Os mesmos possuem boa
resistência química e evitam a formação de colóides metálicos durante a troca iônica.
As taxas de difusão, a durabilidade química e a formação de colóides estão tão
fundamentalmente ligados ao comportamento dos cátions modificadores que pode ser
esperadas mudanças estruturais dos vidros que contém ou não alumina. Foi verificado,
também, que os ambientes de prata ou de sódio possuem diferenças. A adição de
pequenas quantidades de alumina modifica o ambiente do sódio quando R atinge 0,17.
Enquanto que a distância Na-O não é significativamente modificada, a coordenação cai
de 4,3 para 2,8 e a desordem estática aumenta significativamente. A mudança no
ambiente do sódio pode ser melhor entendida se comparada com a albita cristalina. A
albita é um alumino-silicato de rede aberta em que ambos Si e Al possuem quatro
coordenações com o oxigênio para formar o arranjo tetraédrico tridimensional, com
celas interconectadas.
Todos os oxigênios na sua estrutura cristalina, entre qualquer dos dois cátions Si
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 28
ou Al, unem-se através de ligações covalentes. Os grupos negativos [AlO
4
]
-
são
compensados pelas cargas dos íons Na
+
, que ocupam as celas ricas de oxigênio no
centro. Características semelhantes são esperadas em vidros aluminosilicatos. Nos
vidros com igual partes de Al
2
O
3
e Na
2
O (R=1) os cátions Na
+
atuam nas cavidades
ricas em oxigênio para formar a rede completamente polarizada. No outro extremo, em
vidros binários (R=0), o cátion Na
+
é tetraédrico com a rede de silicatos através de
oxigênio não pontes (NBO’s), (Vashneya, 1994).
2.3.4- A PRATA NO AMBIENTE DO VIDRO APÓS A TROCA DOS ÍONS Ag
+
/
Na
+
Usualmente, a troca iônica envolve a substituição dos íons alcalinos do
vidro um a um, por exemplo, o íon (Na
+
) por um cátion dopante monovalente, como o
íon (Ag
+
). É comum ser assumido que o dopante realiza uma troca isoestrutural com o
constituinte. Contudo, é descrito por Houde, 1997, que o ambiente da prata no vidro
tetrassilicato trocado ionicamente é distinto daquele apresentado pelo sódio antes da
troca. Nos vidros tetrassilicatos o número de coordenação dos cátions cai de 4,3 (Na-O)
para 2,1 (Ag-O) e, na troca iônica, a distância diminui de 2,32 Å (Na-O) para 2,08 Å (Ag-
O). O ambiente local do Ag é muito similar ao ambiente do Ag
2
O cristalino. A diferença
não é certamente devido aos colóides metálicos como o Ag-Ag, cuja distância na prata
metálica é de 2,89 Å. A mudança no oxigênio circundante pode ser interpretado em
termos de altos campos de força da prata , de aumento da covalência da ligação Ag-O
e a relativa facilidade com que a maioria das ligações com os NBO’s dos cátions
modificadores podem curvar-se.
Em vidros ricos em alumina (R=0,92) virtualmente todos os sítios de cátions
podem ser associados com as pontes de oxigênio. Com a mudança no ambiente da
prata, as distâncias ao oxigênio aumenta de 2,1Å (R=0) para 2,32 Å (R=0,92), os
fatores de Debye-Waller elevam-se de 0,012 Å
2
para 0,036 Å
2
refletindo a nova rede
com a prata totalmente polimerizada.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 29
As pontes de oxigênio, neste caso, não estão livre para curvar-se como as NBO
em vidros de baixa alumina e a prata é incapaz de puxar o oxigênio próximo dentro da
configuração preferida Ag
2
O. A prata conforme a distância do oxigênio disponível, em
relativa rede rígida, é acomodada na rede pelo alto número de coordenação e grande
desordem local. Coincidentemente, os vidros aluminosilicatos plenamente
polimerizados possuem exatamente a composição usada para inibir a formação da
prata metálica coloidal em vidros ionicamente trocados.
CAPÍTULO 3
3. MATERIAIS E MÉTODOS
A execução deste trabalho ocorreu em duas grandes etapas, a saber: a
primeira, consistiu no desenvolvimento de um vidro que maximizasse a troca iônica e
possuísse propriedades antimicrobianas; na segunda, o desenvolvimento de um vidro
que pudesse adequar-se ao uso para o revestimento cerâmico e que continuasse a
apresentar as propriedades de troca iônica e antimicrobianas. Para que se conseguisse
o intento, foram seguidas algumas etapas específicas que estão representadas no
fluxograma da Figura 14.
3.1- DESENVOLVIMENTO DE VIDRO TROCADOR DE ÍONS
Esta etapa é a primeira do diagrama da Figura 14. Para potencializar a troca
iônica é necessário um esmalte com teor elevado em álcalis e, por esse motivo, foi
formulado um vidro rico em Na. Embora seja sabido que o aumento no teor de sódio
nos vidros cause redução nas propriedades químicas e mecânicas, neste caso, justifica-
se o elevado teor.
As matérias primas utilizadas nas formulações dos vidros trocadores de
íons foram: quartzo comercial, doado pela Empresa Vidres do Brasil S. A., alumina da
ALCOA SG 1000, carbonato de cálcio, nitrato de sódio e carbonato de lítio PA (Reagen
99,9%). A quantificação dos elementos que formam o vidro (% em peso de óxidos) são
mostrados na Tabela 1.
TABELA 1 - Composição Química do vidro trocador de Íons BAC-01 (% de óxidos).
SiO
2
Al
2
O
3
CaO Na
2
O Li
2
O
72 3 5 15 5
MATERIAIS E MÉTODOS
31
T=1180
°
C
T= 430
°
C
FIGURA 14 - Fluxograma da produção de cerâmicas antimicrobianas pelo processo de
troca iônica.
MATERIAIS E MÉTODOS
32
O cadinho utilizado nas fusões foi de alta alumina. A temperatura de fusão do
vidro foi de 1450 °C por um período de duas horas. Após, verteu-se em água à
temperatura ambiente.
Confeccionou-se, ainda, peças de vidro onde o mesmo foi vertido em cadinho de
carbono, para posteriormente operar-se a troca iônica e serem realizados estudos de
difusão e os ensaios microbiológicos.
3.1.1 – OTIMIZAÇÃO DO TEOR DE SÓDIO NO VIDRO
O sódio maximiza a troca iônica com a prata, mas reduz a inércia química e,
normalmente, atua negativamente sobre as propriedades mecânicas da camada vítrea,
sendo, portanto, necessário à otimização. Realizou-se a otimização do teor de sódio
em função das propriedades microbiológicas, para tanto, foram formulados vidros,
variando-se o teor de óxido de sódio no intervalo de zero a 20% em peso. As
composições estão descritas na tabela 2.
TABELA 2 - Composição química do vidro trocador de íons (% em peso de óxidos),
utilizado para a otimização do teor de sódio.
VIDRO A B C D E F G H I
SiO
2
73 73 73 73 73 73 73 73 73
Na
2
O
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0
Al
2
O
3
2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
Li
2
O
5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0
CaO
20.0 17.5 15.0 12.5 10.0 7.5 5.0 2.5 0.0
Outro óxido que sofreu variação foi o de cálcio, mantendo-se os demais elementos em
proporções constantes. A temperatura de fusão foi mantida a 1450
°C e o tempo em
duas horas. O vidro foi vertido em cadinho de grafite. Utilizando uma mistura de 98%
em peso de nitrato de sódio e 2% de nitrato de prata foi feito um banho e realizou-se a
troca iônica a 430 °C, em forno elétrico ao ar. Manteve-se a mistura em ambiente
MATERIAIS E MÉTODOS
33
escuro. Com este procedimento procurou-se verificar qual a quantidade mínima de
sódio necessária para trocar com a prata e surtir efeito bactericida. O mecanismo de
medida desta eficiência foram os testes microbiológicos. Empregando o vidro moido e
as peças de vidro foram feitos os testes de difusão em ágar, concentração inibitória
mínima e concentração bactericida mínima, que estão descritos nos itens 3.4.1 e 3.4.2.
3.1.2 - ESTUDO DA DIFUSÃO DO ÍON PRATA NO VIDRO
Conforme descrito anteriormente, as propriedades antimicrobianas ocorrem na
superfíce do vidro, logo a difusão dos íons para o interior da camada vítrea tornará
indisponível esse íon para poder interagir com os microorganismos. Esse íon, uma vez
estando no interior do vidro, somente exercerá efeito antimicrobiano quando atingir
novamente a superfície e dependerá da difusão ou do desgaste desta camada vítrea
por agente mecânico ou químico. Em vista disso, realizou-se um estudo detalhado da
influência de tempo e de temperatura na troca iônica. Foram tomados dois tipos de
vidros: O vidro sódio-lítio (BAC-01), cuja composição está descrita no ítem 3.1.1 e o
vidro BAC-16 que serviu para o desenvolvimento do esmalte cerâmico e tem sua
composição especificada no ítem 3.2. Na tabela 3, podem ser observadas as variações
impostas para as duas amostras, quanto ao tempo e a temperatura. Quando se variou a
temperatura, foi mantido o tempo fixo em duas horas, Tabela 3 (B). Quando se
modificou o tempo, a temperatura foi mantida fixa em 430 °C, Tabela 3 (A). O objetivo
foi verificar a influência dessas duas variáveis sobre as características antimicrobianas
e difusivas do vidro.
TABELA 3 - Variações impostas na otimização do tempo (A) e temperatura (B) na
troca iônica.
A
Tempo (minutos) 15 30 60 120 240 360
Temperatura °C
430 430 430 430 430 430
B
Tempo (minutos) 120 120 120 120 120 120 120 120
Temperatura °C
300 380 400 420 430 450 480 520
MATERIAIS E MÉTODOS
34
Utilizando-se uma mistura de 98% em peso de nitrato de sódio e 2% de nitrato
de prata, com adição de água para deixar a mistura sob a forma de pasta realizou-se a
troca iônica a 430°C, em forno elétrico ao ar. A mistura foi mantida em ambiente escuro.
Os corpos de prova foram preparados utilizando-se uma cortadora do tipo isomet com
disco diamantado e baixa rotação para o corte do vidro. Após terem sido embutidos
com resina à frio, os mesmos foram lixados utilizando-se sequência de lixas de carbeto
de silício, e polidos com alumina até a granulometria de 0,5 µm, sendo em seguida
observados no microscópio ótico. Efetuou-se, então, o recobrimento com fina camada
de ouro e levou-se ao microscópio eletrônico de varredura, MEV, e microssonda EDAX.
O objetivo deste procedimento foi estudar o perfil de concentração da prata no vidro e o
comportamento difusivo da mesma na matriz vítrea.
3.2 - DESENVOLVIMENTO DO ESMALTE CERÂMICO
Durante o desenvolvimento do esmalte cerâmico (etapa número 2 no esquema
representado na Figura 14), verificou-se que o vidro que havia otimizado a troca iônica
não se mostrou adequado ao uso no esmalte, ocorrendo o efeito de gretagem. Esse
efeito refere-se ao aparecimento de trincas na superfície da camada vítrea em
decorrência da diferença entre o coeficiente de expansão linear do esmalte e do
substrato cerâmico. Tentou-se minimizar esse efeito colocando-se uma camada de
engobe, que não se mostrou eficiente. Por esse motivo procurou-se formular outro
vidro, cuja composição é dada na Tabela 4.
TABELA 4 - Composição química do vidro BAC-16 , (% de óxidos), utilizado para a
elaboração do esmalte cerâmico.
Óxidos SnO
2
Al
2
O
3
CaO K
2
O Na
2
O SiO
2
ZnO ZrO
2
% em peso 0,35 16.50 0.40 0.85 17.00 46.00 5.00 13.90
A matéria-prima utilizada foi aquela normalmente empregada na indústria e a fusão
MATERIAIS E MÉTODOS
35
realizou-se a 1550 °C, em forno industrial, junto à Empresa Vidres do Brasil S.A. Após
os testes utilizando-se FRX e microssonda, verificou-se que o esmalte resultante,
apesar de bastante modificado em relação ao primeiro desenvolvido, continuava a
apresentar as propriedades de troca iônica. Foram, então, realizados testes
microbiológicos, conforme as seguintes metodologias: método de Bauer e
colaboradores (1961) com modificações; determinação das concentrações inibitória
mínima e bactericida mínima; e contagem de células viáveis em função do tempo
(também conhecido como “curva de morte”), que estão descritos no ítem 3.4. Os testes
demonstraram que continuava ocorrendo o efeito antimicrobiano.
Descreve-se a seguir os testes e equipamentos empregados para a caracterização do
material e no ajuste dos resultados, que proporcionaram a confecção das peças com
propriedades antimicrobianas.
3.2.1 - DILATOMETRIA
Realizou-se testes de dilatometria para verificar a expansão térmica linear, utilizando
dilatômetro BP, modelo RB 3000, com taxa de aquecimento de 10 °C/min. Em seguida
confecionou-se amostras com comprimento de 15mm e o coeficiente de expansão
térmica foi avaliado no intervalo entre 30 a 450 °C . Verificou-se, ainda, o ponto de
amolecimento dos vidros.
3.2.2 - RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO DO VIDRO
Empregou-se, nesta fase, a metodologia descrita por Varshneya, (1994). Recortou-se
amostras do vidro de 2 cm por 2 cm por 0,5cm, as quais foram pesadas e
posteriormente colocadas dentro de um frasco plástico contendo 50ml de ácido
clorídrico 0,1M. Os sistemas foram mantidos a 30 °C por 160 horas, sendo que o
frasco estava com tampa para evitar a evaporação. Após esse tempo, retirou-se as
amostras e lavadas cuidadosamente, utilizando ultrasom por 15 minutos. Após a
secagem, as amostras foram pesadas novamente, determinando-se assim a perda de
massa.
MATERIAIS E MÉTODOS
36
3.2.3 - RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO DAS PLACAS CERÂMICAS
ESMALTADAS
Mediu-se a resistência ao ataque químico das placas esmaltadas empregando-se
metodologia descrita na norma NBR 13818 Anexo H (ABNT, 1997).
3.2.4 – ESPECTROSCOPIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X (FRX)
Esta técnica foi empregada para caracterizar quimicamente as materias-primas
utilizadas neste trabalho, bem como a quantificação da prata nos vidros já submetidos à
troca iônica. Realizou-se o trabalho em equipamento PHILIPS, e confeccionou-se
pastilhas das amostras em pó.
3.2.5 - DIFRAÇÃO DE RAIOS X (DRX)
Foi realizada usando um difratômetro de raios X marca PHILIPS modelo X PERT, na
geometria θ - 2θ para determinar-se as fases presentes. O anodo utilizado foi o de
cobre com λ
1
= 1,54060Ǻ e λ
2
= 1,54439 Ǻ com filtro de níquel sem monocromador e a
faixa angular analizada de 5,00° a 60,00°. Efetuou-se as difrações em temperatura e
pressão ambiente. Identificou-se as fases por comparação de um perfil desconhecido
com o conjunto de difração padrão coletado e mantido pelo JCPDS – (Joint Committee
on Powder Diffraction Standards).
3.2.6 - MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV)
Utilizou-se, nesta etapa, um microscópio eletrônico marca PHILIPS modelo XL
30. Para uma melhor resolução utilizou-se uma energia de 20,00 keV, um aumento de
500 a 4000 vezes, na qual procurou-se verificar a presença de defeitos na camada
vítrea, bem como o aspecto de manchamento. Para grandes aumentos foi utilizado o
detector de eletrons secundários.
MATERIAIS E MÉTODOS
37
3.2.7 MICROANÁLISE POR ENERGIA DISPERSIVA
Empregou-se a microssonda EDAX – EDS com 20,00 keV para verificar a composição
elementar da liga. Sabe-se que é mediante a identificação dos raios X emitidos pela
amostra, quando da interação com o feixe eletrônico, que é possível determinar a
composição de regiões com até 1 µm de diâmetro. Essa detecção pode se dar tanto
pela medida de sua energia(“Energy Dispersive Spectrometry” EDS), como de seu
comprimento de onda (“Wavelength Dispersive Spectrometry” WDS).
3.2.8 - CALORIMETRIA DIFERENCIAL DE VARREDURA
Para a análise térmica empregou-se o equipamento STA 409 C (TA
Instruments) da Netzsch, com cadinhos de platina. Foi utilizada atmosfera de ar
sintético. A razão de aquecimento foi de 10
o
C/min. Alumina foi escolhida como material
de referência. Moeu-se o vidro até que passasse por peneira de 325 mesh.
3.2.9 - DENSIDADE
Utilizando-se o equipamento multi-pycnometer da Quanta Chrome determinou-se a
densidade do vidro Bac-16, com uma amostra de 16,08g em atmosfera de gás hélio. O
critério empregado para o tamanho de partícula do pó foi passante em peneira 325
mesh.
3.2.10 – SISTEMA ICP-MS (ESPECTRÔMETRO DE MASSA COM FONTE
GERADORA DE PLASMA)
A tentativa de se quantificar a prata no vidro usando os métodos de FRX e de EDS não
se mostrou satisfatória e, dessa forma, procurou-se outra metodologia para essa
análise. Esse instrumento, ICP-MS, mede facilmente concentrações de parte por
milhão PPM e partes por bilhão PPB. O laser é gerado por sistema Nd-YAG com
comprimento de onda na faixa de 1µm (infra-vermelho) até 266ηm(ultra-violeta). A
atmosfera utilizada foi a de argônio. Empregou-se o laser com comprimento de onda de
250ηm.
MATERIAIS E MÉTODOS
38
3.3 – DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO TROCADORA DE ÍONS
Nesta etapa, que corresponde a etapa de número seis do diagrama representado
na Figura 14, desenvolveu-se uma solução que carrega os íons de prata e realiza a
troca com os íons de sódio existentes na camada vítrea da peça cerâmica.
Partiu-se de uma mistura de nitrato de prata que atuou como fonte de prata e
nitrato de sódio, servindo como veículo de transporte, sendo a mistura dissolvida em
água destilada. Fez-se diversas composições e optou-se por trabalhar com 2% de
nitrato de prata e 98% de nitrato de sódio, em função da otimização realizada e que
está descrita no ítem 3.3.1. A escolha dos nitratos ocorreu principalmente pela
temperatura de fusão dos mesmos, que os leva a estarem no estado líquido na
temperatura de tratamento de troca iônica. Moeu-se a mistura por 20 minutos em
moinho excêntrico. O uso do nitrato de sódio deve ocorrer para que se tenha uma
homogenização da prata em toda a superfície da peça cerâmica e o mesmo serve como
diluinte na solução formada. A água deve estar na proporção de uma grama da mistura
dos sais para 3 gramas de água. O uso de água e do nitrato de prata somente não se
mostrou conveniente, haja vista, que diminuiu a eficiência antimicrobiana. O uso da
água permitiu um bom espalhamento da mistura sobre a peça. Testou-se, ainda, a
glicerina, pois ambos os sais apresentam solubilidade nesta substância, porém ela foi
abandonada, pois ao se realizar o tratamento térmico a mesma produzia uma enorme
quantidade de fumaça. O uso da mistura álcool e nitrato de prata também não se
mostrou adequado, pois ocorria evaporação do álcool a baixa temperatura e, como
conseqüência, o nitrato de prata ficava mal distribuido sobre a superfície da peça.
3.3.1 - OTIMIZAÇÃO DA QUANTIDADE DE PRATA
A prata maximiza a ação bactericida, porém é um material com preço elevado.
Por esse motivo e, ainda, por ser um material que em elevadas concentrações poderá
causar danos inclusive aos organismos superiores, foi necessário uma otimização nesta
etapa.
MATERIAIS E MÉTODOS
39
Para tal, após se ter o esmalte pronto, procedeu-se uma variação do percentual
de nitrato de prata e de sódio até observar-se uma atividade microbiológica esperada,
detectada pela contagem de células viáveis contra o tempo, também conhecida por
“curva de morte”.
Na Tabela 5, mostra-se a variação da concentração da composição da mistura
nitrato de prata/nitrato de sódio em peso.
TABELA 5 - Composição em peso da mistura de sais para a pasta de troca iônica.
NaNO
3
% 99,50 99,00 98,00 95,00 80,00
AgNO
3
% 0,50 1,00 2,00 5,00 20,00
3.4- DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA PARA ANÁLISE DE
EFICIÊNCIA ANTIMICROBIANA
Por ser um produto novo, necessitou-se do desenvolvimento de uma metodologia
adequada para analisar a eficiência antimicrobiana do mesmo, visto que a aplicação
direta das metodologias existentes mostrou-se inadequada. Para tanto, utilizou-se
quatro metodologias diferentes e adaptadas às exigências que os materiais
apresentaram. Essas metodologias, bem como todo o procedimento laboratorial para
análise microbiológica, estão descritas detalhadamente no Apêndice 1. A seguir se faz
uma descrição, sucinta e ilustrada com fotos, de algumas das etapas da metodologia
que serviu como base nos procedimentos adotados na realização dos testes. Entre
esses, destaca-se o método de Bauer e Colaboradores (1961) modificado, e a
determinação da concentração inibitória mínima e contagem de células viáveis contra o
tempo (“curva de morte”).
MATERIAIS E MÉTODOS
40
3.4.1 - PROVA DE BAUER E COLABORADORES MODIFICADO
Os procedimentos para os testes microbiológicos, empregados neste trabalho,
normalmente foram desenvolvidos em quatro dias. No primeiro dia foi realizado a
esterilização de todo o material que seria utilizado nos testes. O material foi
autoclavado a 121°C por 15 minutos e após este tempo secou-se em estufa a 50°C por
24 horas. Na seqüência, foram preparados os meios de cultura, com as quantidades do
meio nutritivo por litro sendo especificadas nos frascos pelo fabricante. Neste trabalho
utilizou-se os seguintes meios de cultura fornecidos pelos laboratórios Difco: Brain
Heart Infusion (BHI) e o caldo Mueller Hinton Broth (MHB) para o crescimento e
manutenção das bactérias e leveduras e para os testes de concentração inibitória
mínima e concentração bactericida mínima; meio de Ágar Sangue para verificar a
pureza das culturas; para a contagem dos microrganismos Plate Count Agar, Agar
Sabouraud e Agar-Agar, (dependendo do material e do microrganismo a ser utilizado).
Para todos os testes de atividade antimicrobiana, o inóculo bacteriaino foi
preparado da seguinte forma: 0,3ml de uma cultura mantida a –20 °C, transferido para
3ml de BHI, o qual manteve-se em estufa por 24h a 35°C. Após as primeiras 8 horas de
incubação em alíquota de cultura jovem foi semeada em meio de ágar sangue (Figura
15 - A ), para testar a pureza da mesma. Após completar 24 horas de inoculação, as
culturas puras tiveram a sua turvação ajustada com o caldo de cultura para 10
8
UFC/ml
(em comparação com o tubo 0,5 da escala de Mac Fareland). Diluiu-se essa
suspensão em solução fisiológica à concentração de até 1:5.000.000 UFC/ml. A seguir,
saturou-se um swab com a suspensão bacteriana diluída a 1: 5000 (figura 15 D) e os
microrganismos foram espalhados uniformemente sobre a superfície do ágar plate
count, distribuído em placas. Posteriormente, os corpos de prova foram distribuídos
sobre o ágar, de forma a evitar a sobreposição de possíveis halos de inibição de
crescimento (Figura 15 F e G). Incubou-se, então, os sistemas a 37°C por 18 horas e
procedeu-se a leitura e interpretação das placas (Figura 15 I).
MATERIAIS E MÉTODOS
41
A
B
C
D E F
G
H I
FIGURA 15 - Esquema seqüencial da prova de Bauer e colaboradores modificado.
(Koneman et al, 1993)
As zonas de inibição em volta dos corpos de prova foram mensuradas com uma
régua com escala em milímetros , e/ou um compasso de calibre ou ainda com o auxílio
de um analisador de imagens, (Figura 15 H e I). É importante notar que as medidas
das zonas de inibição envolvem a tomada da leitura através do centro da zona para
incluir o diâmetro dos corpos de prova.
MATERIAIS E MÉTODOS
42
3.4.2 PROVA DE SENSIBILIDADE POR DILUIÇÃO EM CALDO
a) Concentração inibitória mínima:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FIGURA 16 - Esquema das prova de sensibilidade por diluição em caldo. A
concentração inibitória mínima mostrada aqui é de 1,234mg.
O objetivo da prova de sensibilidade por diluição em caldo é verificar qual a
quantidade mínima de material que deve ser adicionado para se ter a inibição do
crescimento microbiano. Foram utilizados 10 tubos contendo 10 ml de BHI. A cada tubo,
adicionou-se uma quantidade do agente antimicrobiano. Normalmente se emprega um
fator de divisão por dois ou raiz de três, por exemplo. Neste trabalho empregou-se a
divisão por três. A Figura 16 representa o desenho esquemático de dez tubos contendo
a mistura de caldo nutritivo, o vidro antimicrobiano em pó e suspensão bacteriana.
Neste caso em cada tubo contendo 10ml de BHI, foi transferido 200µl de
suspensão bacteriana ajustado a 10
8
CFU/ml pelo padrão de turbidez MacFarland. A
cada tubo foi acrescentado uma quantidade do vidro já trocado ionicamente com a
prata. Partiu-se de uma massa de 100 mg/ml no tubo 1 e chegou-se a uma
concentração de 0,015 mg/ml no tubo 9. O vidro foi moído até passar em peneira de
325 mesch, isso corresponde a partículas com diâmetro médio inferior a 45µm. O tubo
10 não continha o princípio ativo e serviu como um controle de crescimento (branco).
Após o final deste período, os meios foram examinados visualmente para comprovar a
presença de turvação. Observa-se no desenho esquemático da Figura 16 que os 5
tubos da direita contém um meio turvo enquanto os da esquerda o meio está claro. A
MATERIAIS E MÉTODOS
43
turvação indica que houve crescimento dos microrganismos. A concentração do produto
antimicrobiano existente no meio não foi suficiente para inibir o crescimento. A inibição
ocorre entre o quinto e sexto tubo. Este é o chamado ponto de ruptura e introduz o
termo concentração inibitória mínima (CIM), definida como a menor concentração de
um principio ativo em µg/ml, que inibe o crescimento in vitro dos microrganismos.
Assim, na Figura 16, a CIM está entre 1,234µg/ml e 0,411µg/ml; entretanto por
convenção, a CIM é considerada como a concentração do princípio ativo contida no
primeiro meio de cultura da série, a qual inibe o crescimento visível.
b) A concentração bactericida mínima (CBM):
A concentração bactericida mínima (CBM) refere-se a menor concentração em
µg/ml, que mata o microrganismo em estudo, e essa é uma etapa subseqüente a CIM.
Os sistemas (meio de crescimento+ microrganismo + princípio ativo) após 18h é
semeada em placas de plate count ágar, (uma placa correspondente a cada tubo).
Assim, depois da leitura da CIM, uma alíquota de 200µl de cada cultura foi
transferida para o meio de cultura plate count Agar. As placas inoculadas
permaneceram em estufa por 18 horas a 35°C. Após esse período foi feito a contagem
das colônias.
3.4.3 - CONTAGEM DE CÉLULAS VIÁVEIS CONTRA O TEMPO
A metodologia empregada até a diluição foi a mesma do item 3.4.1. A seguir
dividiu-se a peça cerâmica em seis partes, sendo feito um círculo com
aproximadamente 2cm de raio em cada parte. Posteriormente foram pipetados 200µl
da suspensão bacteriana diluída até 10
-4
e este foi depositado sobre a peça. Após o
intervalo de tempo pré-determinado (0,1,2,3,6 h) o material depositado sobre as peças
foi recuperado com o auxílio de um swab estéril, e diluiu-se o meio em 4,5 ml de
solução fisiológica. Em seguida transferiu-se 200µl da suspensão para placas com
plate count Agar, sendo espalhados sobre a superfície com uma alça de Brigalski.
Colocou-se em estufa por 18 horas a 36 °C e procedeu-se a leitura utilizando de lupa e
contador de colônias. Simultaneamente foi realizado também o controle de crescimento
MATERIAIS E MÉTODOS
44
microbiano da peça sem o princípio ativo (branco).
3.5 – DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA PARA ANÁLISE DE PERDA
DE EFICIÊNCIA COM ATAQUE QUÍMICO
Na interação dos íons metálicos com os microorganismos e meio-ambiente,
ocorre a passivação desses íons diminuindo a quantidade total destes com o tempo,
baixando dessa forma a eficiência antimicrobiana.
Um dos principais agentes químicos com os quais as cerâmicas normalmente
entram em contato é o cloro, presente em grande número de produtos de limpeza.
Utilizando uma solução de cloro com concentração de 0,1M foram espalhados 5ml em
uma área de 30cm x 30cm com o auxílio de algodão. Após esse procedimento a
superfície ficou secando em temperatura ambiente. O teste microbiológico para verificar
a passivação do princípio ativo na cerâmica foi o de contagem de células viáveis (CFU)
em tempo pré-determinado (0,1,2,3,6 h). Repetiu-se cinco exposições da peça à essa
concentração e verificou-se se ocorria decaimento nas propriedades antimicrobianas
com o tempo. Comparou-se, em seguida, o desempenho com uma peça sem a
presença do cloro (branco).
CAPÍTULO 4
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1- DESENVOLVIMENTO DE UM VIDRO COM CAPACIDADE DE TROCA
IÔNICA
A necessidade de obter-se um vidro com elevada concentração superficial de
prata, conduziu o desenvolvimento de um material com possibilidade de trocar íons,
haja vista, que a prata possui baixa solubilidade em vidros silicatos, conforme foi
discutido no capítulo 2. Com base na composição “G” apresentada na tabela 2,
obteve-se um vidro com boa transparência, baixa porosidade e com possibilidade de
realizar a troca iônica entre os íons de sódio e prata, sendo que o segundo melhor
trocador iônico com a prata é o lítio ( Ahmed et all., 1997). A adição do lítio na
composição do vidro teve duas finalidades: a troca com o íon prata, e o abaixamento
da temperatura de fusão, pois o lítio assim como os outros metais alcalinos é ótimo
fundente. Nas figuras 17 e 18 ilustram-se os resultados microbiológicos com o vidro
produzido em laboratório, formando um halo de inibição ao crescimento microbiano ao
redor das peças de vidro que apresentam 15,0 % de peso em óxido de sódio. Este
teste antecede os outros testes microbiológicos, por ser mais simples e atuar de forma
qualitativa, pois se observa se o vidro inibiu ou não o crescimento microbiano. Ele foi
utilizado principalmente na etapa de formulação do vidro e otimização dos parâmetros.
O halo referido acima pode ser observado na figura 17, pela ausência dos
pontos brancos próximos ao vidro-B, que possui propriedade antimicrobiana. Os
pontos brancos são colônias de bactérias que cresceram a partir de células viáveis. O
vidro-A que não apresenta o halo inibitório não continha sódio na formulação. Embora
tenha sido submetido ao mesmo processo de troca iônica, os resultados obtidos na
análise deste vidro utilizando-se microssonda EDAX, não apresentaram valores
mensuráveis para a prata. Estes resultados concordam com os resultados obtidos por
Amed (1997) e apresentados no capítulo 2, em que se demonstra que outros íons
presentes no vidro não trocam com a prata.
RESULTADOS DISCUSSÃO 46
1 cm
FIGURA 17 - Teste microbiológico do vidro produzido em laboratório e submetido a
troca iônica a 430 °C, por duas horas, frente a bactéria Staphylococcus
aureus. A) Sem óxido de sódio. B) com 15,0% de óxido de sódio.
1 cm
FIGURA 18 - Teste microbiológico do vidro produzido em laboratório, com 15,0% em
óxido de sódio, com troca iônica a 430 °C por duas horas , ante a presença da bactéria
Escherichia coli.
Pode observar-se que os halos das figuras 17 e 18 apresentam diferenças nas
RESULTADOS DISCUSSÃO 47
dimensões. Os halos inibitórios com área diferenciada decorrem do fato dos
microrganismos apresentarem níveis diferentes de sensibilidade ao antimicrobiano. No
Capítulo 2, discutiu-se as características dos microrganismos e o fato dos mesmos
poderem ser classificados como gram-positivos ou negativos e a distinção de algumas
propriedades apresentadas. A camada de proteção adicional presente nas bactérias
classificadas como gram-negativas faz com que esses microrganismos apresentem,
de modo geral, maior resistência ao efeito oligodinâmico.
O Staphylococcus aureus é um microrganismo gram-positivo, enquanto o
Escherichia coli é um microrganismo do tipo gram-negativo. O efeito diferenciado foi
levado em conta e teve-se o cuidado na otimização da quantidade de sódio/prata para
que não se otimizasse levando em consideração os casos mais favoráveis, (os
microrganismos gram-positivos, que são mais sensíveis), mas sim, o contrário. A
área de inibição mantém relação com o grau de eficiência de um material bactericida.
Quanto maior essa área, maior é a eficiência desse material.
4.1.1-OTIMIZAÇÃO DO TEOR DE SÓDIO NO VIDRO
O sódio maximiza a troca iônica com a prata, mas baixa a inércia química e
normalmente atua negativamente sobre as propriedades mecânicas do vidro, sendo
necessário, portanto, uma otimização. A determinação da quantidade ótima foi
realizada e os testes microbiológicos demonstraram que a quantidade necessária para
que se tenha um halo inibitório em ambos os tipos de bactérias gram-positivas e gram-
negativas é igual ou superior a 15% em peso. Porém pelas propriedades químicas
deve-se minimizar o uso do sódio. Dessa forma, tomou-se essa quantidade como a
quantidade mínima que deveria estar presente nas formulações. Abaixo dessa
quantidade, os resultados microbiológicos mostraram-se aquém das espectativas,
principalmente com as bactérias do tipo gram-negativas.
As análises também foram realizadas com peças de vidro e vidro moído com
granulometria abaixo de 45µ. Na Figura 19 A, pode-se observar o resultado
apresentado pelo pó de vidro contendo 10% em peso de sódio. Observa-se no interior
do halo (local apontado pela seta), a ocorrência da presença de colônias que, apesar
RESULTADOS DISCUSSÃO 48
de ter seu desenvolvimento prejudicado resistiram ao teste.
FIGURA 19 - Teste microbiológico de difusão em ágar do pó de vidro produzido em
laboratório, com 10,0% (A) e 15% (B) em sódio, com troca iônica a 430 °C,
frente a bactéria Escherichia coli.
Esse fato é indicativo de que se tem colônias resistentes ao agente
antimicrobiano. A causa mais provável é a baixa concentração dos íons de prata, pois
o sódio presente, e maior responsável pela troca iônica, não foi suficiente para que o
vidro apresentasse uma concentração de prata eficiente. A presença de outro tipo de
microrganismo poderia também causar este fenômeno, contudo, esta hipotese foi
descartada pelo fato de que se trabalhou com microrganismos nos quais testou-se a
pureza. Poderia ainda ser decorrente de mutações nos microrganismos, hipótese que
não foi possivel descartar, haja vista a complexidade dos testes que deveriam ser
realizados para que se detectasse tal mudança. Na figura 19 B observa-se o halo
inibitório do vidro contendo 15 % de sódio. A concentração mostra-se suficiente para
matar todos os microrganismos presentes. Não foram detectadas colônias no interior
do halo.
Para ilustrar o efeito do teor de óxido de sódio presente no vidro nas
propriedades antimicrobianas realizou-se um estudo variando a quantidade de óxido
de sódio e mediu-se as áreas dos halos de inibição.
RESULTADOS DISCUSSÃO 49
O resultado deste estudo é apresentado na figura 20, na qual o gráfico
representa as medidas do halo de inibição com a variação do teor de sódio. Para as
medidas, foram tomadas as áreas dos halos e subtraidas as áreas ocupadas pelo
vidro. A consideração relativa ocorreu porque foram avaliados o maior e menor efeito.
Tomou-se um valor máximo para o sódio de 20%, pois acima deste valor a
solubilidade do vidro é muito elevada, sendo facilmente atacado (solúvel), até mesmo
em água, diminuindo o campo de aplicação. Ao maior valor obtido, considerou-se
100% e ao menor zero.
0 5 10 15 20
0
20
40
60
80
100
Efeito Bactericida Relativo
Teor de óxido de Sódio no Vidro
% e m P e so
FIGURA 20 - Efeito bactericida relativo, com a variação do teor de óxido de sódio
presente no vidro.
Essa variação foi obtida quando se modificava o teor de óxido de sódio no vidro
entre 0 e 20%, conforme composições descritas na Tabela 2. Pode ser observado que
ocorre claramente um aumento do raio do halo de inibição com o aumento da
concentração, aproximadamente linear com correlação superior a 95% pelo método
dos mínimos quadrados. Esse resultado era esperado haja vista que o aumento do
teor de sódio implica no aumento da troca iônica e, por consequência, do teor de
prata.
RESULTADOS DISCUSSÃO 50
4.1.2 - ESTUDO DA DIFUSÃO DO ÍON PRATA NO VIDRO
Para que o vidro apresente o efeito antimicrobiano, o íon Ag
+
deve interagir com
o microrganismo. Assim, a propriedade antimicrobiana dependerá da existência de
íons de prata na superfície do vidro. Outra condição é que os íons Ag
+
não sejam
lixiviados, pois este fato traria consigo a perda de eficiência antimicrobiana
rapidamente. Embora estudos da concentração da prata em vidros tenham sido
realizados aplicando EDAX e RBS (Ahmed, 1997; Berger, 1992), neste trabalho optou-
se por fazer uma curva de calibração utilizando a técnica ICP-MS. Essa decisão
ocorreu devido a valores não coerentes encontrados quando se efetuou tal estudo
com o uso do EDAX.
123456
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
ICP-M S
Teor de prata determinado
por EDAX e por ICP-MS.
Teor em peso de óxido de prata presente na pasta de troca iônica.
EDAX
FIGURA 21 - Teor de prata encontrado no vidro utilizando EDAX e ICP-MS
Tentou-se ainda a utilização da técnica de espectroscopia de FRX, mas também
mostrou-se insatisfatória, pois na fusão da pastilha ocorria precipitação da fase de
prata metálica. O gráfico apresentado na Figura 21 traz duas curvas: a primeira,
refere-se aos valores obtidos utilizando-se microssonda EDAX; a segunda curva é
referente aos valores obtidos empregando-se o ICP-MS. A diferença entre os valores
obtidos por duas técnicas diferentes para o mesmo material desencadeou uma série
RESULTADOS DISCUSSÃO 51
de repetições dos ensaios. A conclusão de que a curva apresentada pela técnica do
ICP-MS era aquela que se aproximava do valor real foi inteiramente experimental.
Assim, os valores obtidos por EDS devem ser corrigidos levando-se em consideração
as curvas apresentadas na Figura 21. Nesta figura pode-se obter ainda os valores da
eficiência na troca iônica. Por exemplo, para uma pasta contendo 30% em óxidos de
prata o valor encontrado no vidro é de 5,8%, resultado corrigido utilizando-se a curva
da figura 21. Deve ser salientado que somente uma parcela da prata colocada na
mistura para realizar a troca iônica logra o intento de realizá-lo, apresentando,
portanto, o vidro valores de concentração bem aquém daqueles da pasta trocadora de
íons. O percentual de eficiência médio na troca iônica ficou em torno de 20%.
Outros aspectos importantes presentes nas leis da difusão são a temperatura e o
tempo. Por isso, também realizou-se otimizações quantos a essas duas variáveis.
Verificou-se a influência na difusão da temperatura e o efeito nas propriedades
antimicrobianas. Para tal, tratou-se termicamente por mais duas horas as peças que
já haviam passado pela troca iônica. De acordo com o descrito na literatura (Ahmed,
1997) e, em concordância com as lei da difusão, à medida que se desloca da
superfície para o interior da amostra, o teor de prata decai. Se o sódio for o
responsável pela troca iônica é esperado que o mesmo tenha um aumento da
concentração à proporção que se afasta da superfície. Os resultados dos perfis de
concentrações do sódio e da prata obtidos por EDS são apresentados na figura 22. Na
superfície, ocorre uma grande concentração de prata que ultrapassa os 33% em peso,
medida utilizando o EDS. Após correção empregando a curva apresentada na figura
21, esse valor é de 5,94% de Ag. À medida que se avança para o interior da peça,
esse valor caiu e aumentou o teor de sódio. Este último, obtido por EDS, somado a
quantidade de prata após a correção, aproxima-se do valor do sódio utilizado na
formulação.
A exceção ocorre na superfície, onde se estima que, pela maior mobilidade
apresentada por esse íon, o mesmo tenha saido da matriz vítrea resultando em
valores menores do que os esperados.
RESULTADOS DISCUSSÃO 52
0 100 200 300 400 500
0
5
10
15
20
25
30
35
PERFIL DE CONCENTRAÇÃO DE Ag E Na DAS AMOSTRAS
SUBMETIDAS À TROCA IÔNICA SEM TRATAMENTO
TÉRMICO
%
PE
SO
PROFUNDIDADE (MICRON)
FIGURA 22 - Perfil de concentração das amostras submetidas à troca iônica a 430 °C
por duas horas sem tratamento térmico.
Na figura 23, apresenta-se os resultados dos perfís das concentrações de prata e do
sódio para amostra que foi tratada termicamente a 650 °C por duas horas. O valor
corrigido mostra um teor de Ag na superfície de aproximadamente 2,3%. Isso
demonstra claramente a influência das variaveis tempo e temperatura no perfil de
concentração da prata. Pode ser observado que a concentração de prata na
superfície cai para aproximadamente um terço do valor sem o tratamento térmico.
Isso traz consigo uma perda na eficiência antimicrobiana. O tratamento térmico, além
de diminuir a quantidade de prata na superfície da peça, também leva a prata da forma
iônica para a metálica. Conforme está descrito na literatura (Goetz, 1943), a
passagem do estado iônico para o metálico tende a eliminar o efeito antimicrobiano.
A perda nas propriedades bactericidas pode ser observada na figura 24, com a
comparação de amostras nas quais efetuou-se a troca iônica e que, posteriormente,
foram tratadas por duas horas a 400
o
C, 500
o
C e 600
o
C. A diminuição na propriedade
bactericida pode ser evidenciada pela diminuição da área no halo de inibição,
RESULTADOS DISCUSSÃO 53
conforme descrito no gráfico. A difusão cresce com o aumento da temperatura, mas
aparece o efeito da formação de partículas metálicas quando essa temperatura atinge
470
o
C. Por essa razão é que ocorre uma diminuição nas propriedades
antimicrobianas.
PE R F IL DE CON CE N TRAÇÃO DAS AM OS TR AS
SU B M E TIDAS À TR OCA IÔN ICA TRATADAS
TÉR M ICAM E N TE A 6 5 0 C.
FIGURA 23 - Perfil de concentração de sódio e prata das amostras submetidas à troca
iônica a 430 °C por duas horas e tratadas termicamente a 650 °C por duas horas.
Esse estudo foi realizado com dois tipos de vidros: o vidro BAC-01 com sódio-
lítio, cuja composição está descrita no ítem 3.1.1, e o vidro que serviu para o
desenvolvimento do esmalte cerâmico, o BAC-16, cuja composição está especificada
no ítem 3.2. Na tabela 3, podem ser observadas as variações impostas para as duas
amostras, quanto ao tempo e à temperatura.
Quando se variou a temperatura foi mantido o tempo fixo em duas horas.
Quando o tempo foi a variável, manteve-se a temperatura fixa em 430 °C. O objetivo
foi verificar a influência dessas duas variáveis sobre a característica microbiológica e
difusiva do vidro.
RESULTADOS DISCUSSÃO 54
FIGURA 24 – Gráfico mostrando o efeito dos tratamentos térmicos do vidro sobre o
crescimento microbiano com a bactéria Staphylococcus aureus.
Os resultados apontaram para uma otimização do tempo de troca iônica de
duas horas a 430 °C. Neste tempo e temperatura, obtém-se uma concentração de
prata ao redor de 4% em profundidade de 25µm. A necessidade de garantir-se um
efeito com o tempo impõe que se disponha de íons de prata junto à superfície que
ficarão disponíveis à medida que a peça sofre desgaste e a concentração for
modificando-se.
4.1.3 - ANÁLISE MICROBIANA DO VIDRO BAC-16 POR CONCENTRAÇÃO
INIBITÓRIA MÍNIMA
Com o vidro moído e com a troca iônica já efetuada procedeu-se o
estudo da concentração inibitória mínima, utilizando no tubo 01 uma amostra de 100
mg em tubo contendo 10 ml e efetuou-se uma divisão por três deste peso nos tubos
seguintes. A concentração inibitória mínima ocorreu no quarto tubo com 3,703 mg. No
quinto, ocorreu turvação. Pode-se, a partir da concentração da prata no vidro, estimar
a quantidade de prata presente. Deve ser lembrado, entretanto, que um número
absoluto da concentração de íons de prata é de difícil determinação e que existe a
RESULTADOS DISCUSSÃO 55
dependência da área superficial para o contato desses íons com a superfície. O
aumento da área superficial implica em maior quantidade de prata presente para ação
oligodinâmica. Considerando que pela análise da quantidade total de prata presente
se tem 4,7% (já corrigido pela curva apresentada na figura 21), a quantidade total de
íons de prata presente é de 9,79 x 10
17
. Conforme apresentado no capítulo 2, a
quantidade necessária para matar-se 10ml de bactérias com concentração inicial de
10
8
seria 10
13
íons de prata. Acredita-se que a diferença entre as concentrações é
causada pela prata que se encontra no interior do vidro.
4.1.4 - ANALISE MICROBIANA POR CONCENTRAÇÃO BACTERICIDA
MÍNIMA
Após a determinação da concentração inibitória mínima, tomou-se uma
amostra de cada tubo e realizou-se a concentração bactericida mínima e verificou-se
que o tubo que inibiu o crescimento apresentou 8 colônias após incubação. Assim, a
concentração bactericida mínima ocorreu no tubo contendo 11,111mg. Os cálculos
para essa quantidade de vidro apontam para uma quantidade de aproximadamente
2,93 x10
18
íons de Ag
+
.
4.1.5 - RESISTÊNCIA DO VIDRO AO ATAQUE QUÍMICO
Empregou-se, nesta etapa, metodologia desenvolvida por Varshneya
(1994), e neste trabalho descrita no item 3.2.2 . As peças do vidro BAC-01 a base de
sódio, após sofrerem ataque químico (ácido clorídrico 0,1M) e, posteriormente,
pesadas, mostraram uma perda de massa na ordem de até 45%. Como esse valor é
bastante significativo imediatamente procurou-se trabalhar em outra formulação que
aumentasse a resistência ao ataque químico. Isso aconteceu após ser empregada a
formulação na qual essa característica foi privilegiada (ver Tabela 4), porém mantendo
a capacidade de troca iônica verificada por meio de análise com EDS e o efeito
antimicrobiano. Com o novo vidro, os testes realizados demonstraram, em alguns
casos, ataque inferior a 1,2% de perda de peso. Porém, a grande maioria das peças
não sofreu perda de massa que fosse significativa. As amostras demonstraram uma
RESULTADOS DISCUSSÃO 56
boa resistência ao ataque químico.
4.2 - DESENVOLVIMENTO DO ESMALTE CERÂMICO
Durante o desenvolvimento do esmalte cerâmico (etapa de número 2, no
esquema representado na Figura 14), verificou-se que o vidro que havia otimizado a
troca iônica não se mostrara adequado ao uso no esmalte, ocorrendo o efeito de
gretagem após a queima, que é o aparecimento de trincas na superfície da camada
vítrea em decorrência da diferença inadequada entre o coeficiênte de expansão linear
do esmalte e do substrato cerâmico. Tentou-se minimizar esse efeito colocando-se
uma camada de engobe, que não se mostrou eficiente. Por esse motivo, formulou-se
outro vidro, cuja composição é mostrada na tabela 4. A matéria-prima utilizada foi
aquela normalmente empregada na indústria e a fusão foi realizada a 1550 °C , em
forno industrial, junto à Empresa Vidres do Brasil S.A.
Para contornar-se o problema da expansão linear e proporcionar uma
maior resistência química ao vidro, incorporou-se óxidos de metais alcalinoterrosos.
Sabe-se que outros óxidos divalentes ou trivalentes no vidro aumentam ,
consideravelmente, sua resistência química na presença de água. Isso se deve,
principalmente, à presença de cátions de valência superior que determina um reforço
reticular e dificulta a difusão dos íons alcalinos. O ZnO e o Al
2
O
3
são particularmente
eficazes nesta tarefa. O Al
2
O
3
exerce um efeito positivo mesmo participando em
concentrações muito baixas. A entrada do alumínio no retículo vítreo conduz ao
fechamento progressivo das pontes de oxigênio. Em concentrações mais elevadas, a
formação de coordenações octaédricas do alumínio deixa o vidro mais suceptivel ao
ataque químico. A influência da alumina é mais favorável para o ataque com água ou
em meio alcalino do que em meio ácido.
Os melhores resultados conseguem-se, contudo, substituindo parte do SiO
2
por outros formadores mais estáveis como o TiO
2
e especialmente o ZrO
2
(Navarro,
1991). Considerando essas informações, desenvolveu-se a formulação apresentada
na tabela 4, no item 3.2 . Após os testes, utilizando-se microssonda, verificou-se que
o esmalte resultante, apesar de bastante modificado em relação ao primeiro
RESULTADOS DISCUSSÃO 57
desenvolvido, continuava a apresentar as propriedades de troca iônica.
As tensões causadas pela diferença entre os coeficientes de dilatação
térmica podem originar defeitos típicos como a gretagem, o lascamento e as
curvaturas. Sempre que duas regiões possuirem coeficientes de dilatação térmica
diferentes, aparecem tensões que objetivam equilibrar as diferentes dilatações e
retrações. Na cerâmica, o esmalte estando aderido na massa, apresenta duas
situações: a massa retrai mais que o esmalte comprimindo-o; ou o esmalte retrai mais
que a massa, realizando um tracionamento.
FIGURA 25 - Peça cerâmica com esmalte a base do vidro BAC-01 com Na e Li.
Se o vidrado expandir-se mais que o corpo no aquecimento, significa que
contrairá mais no resfriamento, e a camada do vidrado ficará sob tração e o substrato
cerâmico sob compressão. Estas condições favorecem o aparecimento do defeito
chamado gretamento. Se a expansão térmica do vidrado é menor que a da massa, o
RESULTADOS DISCUSSÃO 58
vidrado estará em compressão e a massa em tração. Neste caso, ao resfriar-se a
massa ela se contrairá mais do que o vidrado e isto podrá ocasionar um lascamento. A
resistência a flexão dos vidrados varia de 300 a 500 kgf/cm
2
. Sua resistência à
compressão, entretanto, é muito maior, ao redor de 10000 kgf/cm
2
. Isto explica
porque o gretamento é muito mais freqüente que o lascamento. Logo, por segurança,
deve-se conduzir a formulação de maneira a resultar em um vidrado com menor
coeficiente de dilatação térmica que a massa.
A análise dilatométrica da amostra do vidro BAC-16 que serviu de base para o
esmalte com propriedades de troca iônica, mostrou que a temperatura de transição
vítrea é de 645 °C e o coeficiente de dilatação linear é de 64,3 x 10
-7
°C
-1
. Esse valor
é típico de esmaltes para aplicação em revestimento cerâmico com substrato que
apresentem valores de coeficiente de expansão linear de 70,0 x 10
-7
°C
-1
a 75,0 x 10
-7
°C
-1
, pois, tendo o coeficiente de expansão linear um pouco menor, sofre compressão
e evita o gretamento. A adequação do coeficiente de expansão térmica para um valor
aceitável foi o primeiro passo no ajuste do esmalte cerâmico. Na Figura 25 observa-se
uma peça na qual empregou-se as fritas a base de Na - Li (BAC-01) para o esmalte e
o gretamento que este sofreu.
O resultado apresentado na Figura 25 fez com que se voltasse a buscar uma
nova formulação para o vidro no qual o coeficiente de expansão térmica fosse mais
adequado à fabricação do esmalte. O resultado do uso deste vidro para a fabricação
das peças pode ser visualizado na Figura 26. Nela, pode-se perceber que já não
ocorreu o efeito de gretamento e se mostrou perfeitamente adequado ao uso para a
fabricação do esmalte cerâmico com propriedades de troca iônica.
Os testes antimicrobianos de contagem de células viáveis demonstraram que
continuava a existir o efeito antimicrobiano, surgiu porém um novo problema que era o
aparecimento de manchas após a troca iônica. Essas manchas possivelmente são
decorrentes da interação da prata com contaminantes existentes na matéria prima,
que resultam na mudança de tonalidade, adquirindo tonalidade amarelada e outras
vezes tonalidade mais escura, marrom.
RESULTADOS DISCUSSÃO 59
FIGURA 26 - Esmalte cerâmico a partir da frita Bac- 16.
Com o intuito de contornar esse problema foram desenvolvidos outras formas
de aplicação e tonalidades para o esmalte como pode ser visualizado na Figura 27 A
e B.
Na peça mostrada na Figura 27A a aplicação da frita de troca iônica ocorreu na
forma de granilha, enquanto na peça mostrada na Figura 27B, alterou-se a tonalidade
com o uso de corantes apenas. Dessa forma o problema de manchamento fica
parcialmente encoberto e esteticamente a peça ficou apresentável podendo ser
utilizada sem maiores problemas.
RESULTADOS DISCUSSÃO 60
FIGURA 27 A e B - Aspecto das peças desenvolvidas com o intuito de encobrir o
defeito de manchamento
RESULTADOS DISCUSSÃO 61
FIGURA 28 - Peça com aplicação do esmalte BAC-16 sobre a peça.
Foram feitas peças onde o esmalte com a propriedade de troca iônica entrou
como aplicação sobre elas. Essa forma de aplicação, apesar de não cobrir em 100% a
superfície da peça, possui uma boa distribuição sobre a mesma e trouxe bons
resultados nos testes antimicrobianos. Na Figura 28, observa-se a fotografia de uma
peça com aplicação de esmalte com a propriedade de troca iônica sobre a mesma.
4.2.1 – RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO DAS PLACAS CERÂMICAS
ESMALTADAS
As medidas da resistência ao ataque químico das placas cerâmicas foram
realizadas empregando-se a norma NBR 13818 Anexo H. A concentração utilizada foi
de ácidos de baixa concentração, solução de ácido clorídrico 3% (v/v) partes em
volume, preparada a partir de ácido clorídrico concentrado, densidade de 1,19g/cm
3
. O
tempo de exposição foi de 24 horas.
Na avaliação visual traçou-se três linhas com lápis HB. Os mesmos não foram
totalmente removidos. A norma recomenda para esse caso o uso da avaliação por
reflexão.
RESULTADOS DISCUSSÃO 62
A classificação que a norma impõe para a reflexão nítida em exame visual, após
exposição à solução contendo ácido clorídrico a 3% em volume, é a classe B –
Resistência Química Média.
4.2.2 – CARACTERIZAÇÃO DOS VIDROS E DO ESMALTE POR DIFRAÇÃO
DE RAIOS X (DRX)
A caracterização das possíveis fases presentes nos vidros utilizados na
composição do esmalte foi realizada empregando-se a difratometria de raios X. Na
Figura 29 apresenta-se o difratograma do vidro BAC-01. Pode ser observado que o
material mostra-se totalmente amorfo.
FIGURA 29 - Difratograma de raios X da amostra BAC-01.
A ausência de fases ocorre porque na composição química não se tem a
presença de um nucleante, como o titânio ou o óxido de zircônia.
Por outro lado, na Figura 30, observa-se o difratograma do vidro BAC - 16.
Pode ser observado que a mesma apresenta alguns picos referentes as fases ZrSiO
4
,
Al
2
O
3
e ZnO.
Observa-se, ainda, uma provável fase, Al
2
TiO
5
, embora o teor de titânio
apontado pela análise química seja baixo, sua capacidade de nucleação é muito
RESULTADOS DISCUSSÃO 63
elevada.
FIGURA 30 - Difratograma do vidro BAC – 16 onde são identificadas algumas fases
cristalinas; 1- ZrSiO4 ; 2- ZnO; 3- Al2O3; 4 – Al2TiO5.
Na figura 31, pode-se observar as fases presentes após a sinterização da peça.
Formaram-se as fases badeilita, cartão 13-0307 JCPDS e, tazeranita cartão 22-0540
JCPDS. O zircônio também é conhecido por precipitar fases muito facilmente (é um
ótimo opacificante).
As fases contendo zircônio também possuem boa resistência química e físicas,
sendo bastante resistentes à abrasão e ao desgaste de maneira geral. Dessa forma se
tem coerência entre a análise química e as fases formadas.
RESULTADOS DISCUSSÃO 64
3
FIGURA 31 - Difratograma do esmalte fabricado a partir da vidro BAC -16 já
sinterizado. As fases cristalinas são identificadas como: 1- ZrSiO4 ; 2-
ZnO; 3- Al
2
O
3
; 4- Al
2
TiO
5
4.2.3 – CARACTERIZAÇÃO DO ESMALTE UTILIZANDO MICROSCOPIA
ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV)
Verificou-se a presença de defeitos na camada vítrea com o uso do MEV. Nas
peças que sofreram manchamento realizou-se um estudo local com o intuito de
determinar as causas. Bernardin (2002), em estudo sobre defeitos de esmaltes
cerâmicos relata diversas hipóteses para que as manchas apareçam no esmalte.
Contudo, deve ser salientado que as manchas aparecem durante o tratamento de
troca iônica. Estas apareceram de maneira aleatória e em algumas peças. Não foi
possivel identificar e/ou eliminar a causa. Possivelmente, sejam resultado da interação
da prata com outro elemento ou composto presente no esmalte em baixissimas
concentrações, pois com o estudo utilizando EDS não foram detectados
contaminantes. Na Figura 32, pode ser observado o aspecto de um corte transversal
RESULTADOS DISCUSSÃO 65
de uma peça cerâmica recoberta com o esmalte cuja base foi o vidro BAC-16.
FIGURA 32 - Aspecto transversal da peça cerâmica mostrando a presença de poros
no substrato e na camada vítrea.
4.2.4 CARACTERIZAÇÃO DO ESMALTE UTILIZANDO MICROANÁLISE POR
ENERGIA DISPERSIVA
Após a troca iônica foi de extrema importância o uso da microssonda EDAX
para se traçar o perfil de concentração da prata na peça acabada. Na Figura 33, pode
ser observado o espectro de uma análise por energia dispersiva que traz a
concentração da prata numa profundidade entre 10 a 15 µm a partir da superfície.
RESULTADOS DISCUSSÃO 66
FIGURA 33 - Análise por EDAX da amostra de cerâmica com propriedade
antimicrobiana.
Pode-se observar, na Figura 34, o perfil de concentração da prata na peça
cerâmica com propriedades antimicrobianas. Observa-se, ainda, que a concentração
na superfície é alta e que o decaimento acontece segundo as leis da difusão. O
percentual de prata apresentado na Figura 34 não está corrigido, devendo ser
correlacionado com a curva apresentada na Figura 21 para se ter a concentração
real.
RESULTADOS DISCUSSÃO 67
FIGURA 34 - Perfil de concentração da peça cerâmica já trocada ionicamente com o
esmalte BAC-16 e com propriedades antimicrobianas.
4.3 - ANÁLISE MICROBIANA
4.3.1 ANÁLISE MICROBIANA POR CONTAGEM DE CÉLULAS VIÁVEIS
Após a análise química do material e identificação das fases formadas, o
comportamento da cerâmica quanto à característica antimicrobiana é de suma
importância, pois é o foco principal deste trabalho. Para a análise das peças utilizou-se
a metodologia da contagem de células viáveis contra o tempo (curva de morte).
Diversas dificuldades surgiram durante o trabalho, que exigiram adaptações na
metodologia utilizada, a fim de manter a confiabilidade nos resultados. Uma das
dificuldades que surgiu foi a desidratação do inóculo depositado sobre as peças.
Diversas tentativas foram efetuadas no intento de resolver o problema. O que surtiu
efeito foi a hidratação continuada, que impediu do substrato secar e, por
conseqüência, distorcer os resultados. As análises microbiológicas foram divididas em
três sub-itens, conforme o acabamento superficial da peça cerâmica:
a) peça lisa: o esmalte antimicrobiano recobre totalmente a peça, ver Fig 26;
RESULTADOS DISCUSSÃO 68
b) peça rugosa: o esmalte é colocado em uma granulometria maior, irregular , ver
Figura 27 A;
c) peça com aplicação: o esmalte com a frita de troca iônica não recobre
totalmente a peça cerâmica, ver Figura 28.
Foram testadas quatro espécies de microrganismos nos tempos constantes na tabela
e os números apresentados (CFU) são resultado de uma média de três experimentos
para cada microrganismo. Em todos os tempos foram realizadas duplicatas.
a) Para a peça lisa (ver Figura 26):
Para a bactéria Staphylococcus aureus
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 380 30 8 0 0
Branco (CFU) 350 170 85 98 45
Para a bactéria Escherichia coli
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 625 122 48 15 0
Branco (CFU) 743 187 160 98 59
Para a bactéria Pseudomonas aeruginosa
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 325 222 13 7 0
Branco (CFU) 396 245 184 196 104
Para a levedura Cândida Albicans
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 132 15 0 0 0
Branco (CFU) 135 65 72 45 0
b) Para a peça com granulometria irregular (ver Figura 28-A):
Para a bactéria Staphylococcus aureus
RESULTADOS DISCUSSÃO 69
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 183 87 0 0 0
Branco (CFU) 225 154 120 45 0
Para a bactéria Escherichia coli
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 208 35 21 4 0
Branco (CFU) 185 134 77 43 12
Para a bactéria Pseudomonas aeruginosa
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 132 124 83 25 0
Branco (CFU) 195 163 157 103 0
Para a levedura Cândida Albicans
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 232 68 18 8 0
Branco (CFU) 245 93 72 46 4
c)Para a peça com aplicações (ver Figura 29):
Para a bactéria Staphylococcus aureus
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 420 230 46 54 0
Branco (CFU) 394 320 200 91 33
Para a bactéria Escherichia coli
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 205 114 52 45 4
Branco (CFU) 269 209 124 115 66
RESULTADOS DISCUSSÃO 70
Para a bactéria Pseudomonas aeruginosa
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 334 145 69 0 0
Branco (CFU) 284 227 85 83 41
Para a levedura Cândida Albicans
Tempo (h) 0 1 2 3 6
Antimicrobiano (CFU) 232 79 31 0 0
Branco (CFU) 264 87 56 35 0
Considerando os resultados acima descritos pode-se analisar que os mesmos
são bastante satisfatórios, haja vista que na grande maioria dos ensaios com o tempo
de seis horas os microrganismos expostos na peça bactericida não sobreviveram.
Ocorreram variações entre os resultados, que podem ter muitos motivos, pois as
variáveis envolvidas são muitas. Apesar do cuidado nos procedimentos os
microrganismos são susceptíveis a sofrerem influências externas, e algumas delas
difíceis de serem controladas. Comparando as amostras, a peça lisa obteve o melhor
resultado. Uma das causas é que o espalhamento do inóculo na superfície era melhor.
4.4 – PERDA DE EFICIÊNCIA COM ATAQUE QUÍMICO
Os microrganismos ao entrarem em contato com os íons metálicos absorvem-
nos e estes sofrem passivação, pois se ligam ao enxofre presente nas enzimas,
formando sulfetos que são estáveis. Outro fator que deve ser levado em consideração
são os produtos de limpeza. Afinal, uma das maiores justificativas para o uso da
cerâmica de revestimento é a facilidade para se efetuar a limpeza. É normal, durante o
processo de limpeza de ambientes, o uso de produtos que auxiliam na tarefa. Muitos
produtos de limpeza trazem o cloro na formulação e optou-se por efetuar-se testes
para ver se ocorria a passivação do efeito microbiológico com o uso do mesmo.
Realizou-se a exposição das amostras à solução de cloro com concentração de 0,1M
e, posteriormente, uma cuidadosa limpeza e secagem. Procedeu-se o teste
RESULTADOS DISCUSSÃO 71
microbiológico de contagem de células viáveis. Repetiram-se essas exposições por
cinco vezes Os resultados estão colocados na tabela e depois em gráfico, na Figura
33.
TABELA 6 - Dados referentes à contagem de células viáveis de Staphylococcus
aureus em peças expostas à uma solução com cloro.
TEMPO (h) T(0) T(1) T(2) T(3) T(6)
Exposição n
o
1 (CFU) 265 74 16 0 0
Peça bactericida sem Cloro (CFU) 268 52 28 0 0
Peça sem ação bactericida (CFU) 296 115 72 19 0
Exposição n
o
2 (CFU) 132 81 80 34 0
Peça bactericida sem Cloro (CFU) 193 67 31 0 0
Peça sem ação bactericida (CFU) 174 85 72 56 13
Exposição n
o
3 (CFU) 384 253 265 182 25
Peça bactericida sem Cloro (CFU) 305 212 136 43 0
Peça sem ação bactericida (CFU) 418 360 223 174 54
Exposição n
o
4 (CFU) 180 125 87 32 0
Peça bactericida sem Cloro (CFU) 136 105 41 0 0
Peça sem ação bactericida (CFU) 175 115 78 23 0
Exposição n
o
5 (CFU) 228 146 125 76 18
Peça bactericida sem Cloro (CFU) 254 109 45 0 0
Peça sem ação bactericida (CFU) 332 247 169 93 78
Deve-se chamar atenção para o fato de que o número de células de partida
modifica-se, pois apesar de ter-se um padrão comparativo (MacFarland 0,5), não é um
número determinista, mas uma aproximação. Isso, de certa forma, prejudica a
percepção da ocorrencia ou não da passivação do efeito. Entretanto, dois resultados
no tempo 6 horas apresentam microrganismos sobreviventes. Esse resultado, com
raras exceções não foi encontrado anteriormente quando não se colocou o cloro. A
comparação com esta peça bactericida, onde não foi colocado cloro, revela que há
uma perda de eficiência.
RESULTADOS DISCUSSÃO 72
0123456
0
50
100
150
200
250
300
350
400
CÉLULAS VIÁVEIS
(CFU/mL)
TEMPO (h)
4
2
5
3
1
FIGURA 35 - Contagem das células viáveis contra o tempo com exposição das peças
ao cloro. O número em frente às curvas corresponde ao número de vezes
de exposição da peça ao cloro.
A dispersão dos resultados torna difícil o equacionamento do comportamento desta
perda por ataque químico. Pode-se, assim, aventar a possibilidade de que esteja
existindo efeito do cloro, mas é um resultado preliminar, no qual ainda não se
compreende a cinética com que acontece esse efeito.
4.5 – ASPECTO INÉDITO DO TRABALHO
O aspecto inédito do processo de fabricação de cerâmicas com propriedades
antimicrobianas foi salientado pelos pedidos de patente de invenção:
- “PRODUÇÃO DE CERÂMICAS ANTIMICROBIANAS PELO PROCESSO DE
TROCA IÔNICA”.
Outros pedidos de patente já encaminhados e decorrentes deste trabalho são
RESULTADOS DISCUSSÃO 73
intitulados:
- “PRODUÇÃO DE ADITIVO CERÂMICO E VITROCERÂMICO
ANTIMICROBIANO PELO PROCESSO DE TROCA IÔNICA”.
- “PRODUÇÃO DE GRÊS PORCELANATO ANTIMICROBIANO PELO
PROCESSO DE TROCA IÔNICA”.
CAPÍTULO 5
5. CONCLUSÕES
Os estudos realizados para o desenvolvimento de processo para a fabricação de
cerâmicas com propriedades antimicrobianas levaram às seguintes conclusões:
1. O vidro que contém um percentual acima de 10% de Na
+
realiza a troca iônica
com o íon Ag
+
. Essa constatação pode ser decorrente da relativa mobilidade que
os íons Na
+
possuem na rede do vidro. Observando esse detalhe na formulação
é possível fabricar uma frita para servir como componente majoritário no esmalte
de uma cerâmica com propriedades antimicrobianas.
2. O vidro que passou pelo processo de troca iônica (íons sódio sendo trocados
pelos íons Ag
+
) possui propriedade bactericida/bacteriostática. A prata é um dos
elementos que possuem efeito oligodinâmico. Contudo, deve estar na forma
iônica para que tenha uma eficiência maior.
3. A troca iônica deve ser realizada em etapa posterior à sinterização do substrato
+ o esmalte. Com o tratamento térmico acima de 470 °C ocorre a passagem de
prata iônica para prata metálica, o que diminui o efeito bactericida, pois ocorre a
passagem do íon para prata atômica e a formação de cristais de prata metálica.
4. O tempo de troca iônica não deve exceder a duas horas, pois os íons Ag
+
migram da superfície para o interior do vidro trazendo uma diminuição no efeito
antimicrobiano.
5. A eficiência da troca iônica a 430°C e por duas horas para diversas
concentrações iniciais da pasta trocadora de íons foi de 20%.
CONCLUSÕES 75
6. A concentração ideal da pasta para a troca iônica é de 2% de nitrato de prata e
98% de nitrato de sódio. Deve ser adicionada água para poder espalhar sobre a
peça por aplicação em campana.
7. A resistência química da peça cerâmica na qual se utilizou o vidro BAC-16 foi
classificada como Classe B – Resistência Química Média.
8. A presença de fases cristalinas no esmalte não diminuem significativamente o
efeito antimicrobiano. O sódio apesar de presente em grande quantidade não
participa das fases que foram identificadas como: ZrSiO
4
, ZnO, Al
2
O
3
, Al
2
TiO
5
.
9. Existe uma passivação dos íons prata com a aplicação de produtos contendo
cloro e/ou com o tempo, embora com cinética ainda desconhecida.
10. Os métodos microbiológicos para análise de materiais cerâmicos devem ser
adaptados, pois os existentes não se mostraram eficientes quando aplicados
diretamente.
6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Para dar prosseguimento ao presente estudo sugere-se os seguintes tópicos:
1. Testar elementos metálicos que possuam efeito oligodinâmico para troca iônica,
buscando formulação que otimize a troca.
2. Estudo da cinética do decaimento das propriedades antimicrobianas, diante de
outras variáveis que poderão surgir durante a utilização normal das peças
cerâmicas.
3. Testes do vidro trocado ionicamente na confecção de filtros de água.
4. Estudo do comportamento da adição de prata vinda de outras compostos com
ponto de fusão próximo ao ponto de sinterização da cerâmica, com o objetivo de
realizar uma só queima.
5. Testar o vidro como aditivo antimicrobiano em materiais poliméricos e
odontológicos.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AHMED, A. A., ABDALLAH, E.W., Effect of íon Exchange and Heat Treatment
Conditions on the Diffusion of Silver Into a Soda-Lime-Silica Glass, Physical
Chemistry Glasses, 38 (1), p. 42-50, 1997.
ANFACER, http://www.anfacer.org.br/
, 2001.
ATSUMI, K., SAITO, T., KOMORI, M., Process for producing an antibacterial
ceramic material, United States Patent 5,151,122 , 1992.
BAUER, A.W., KIRBY, W.W.M., SHERRIS, J.C., TURK, M., Antibiotic Susceptibility
Testing by a Standardized Single Disc Method, Am. J. Clin. Pathol. 45, p. 493-496,
1966.
BERGER, A., Concentration and Size Depth Profile of Colloidal Silver Particles in Glass
Surfaces Produced by Sodium –Silver íon – Exchange. Journal of Non–Cristaline
Solids 151, P. 88-94, 1992.
BERGER, T.J., SPADARO, J.A., BIERMAN, R., CHAPIN, S. E., BECKER, R.O.,
Antifungal properties of electrically generated metallic ions, Antimicrobial Agents
and Chemotherapy, vol 10, No.5, p.856-860, 1976.
BORSELLA, E., GONELLA, F., MAZZOLDI, P., QUARANTA, A., BATTAGLIN, G.,
POLLONI, R., Spectroscopic Investigation of Silver in Soda-Lime Glass, Chemical
Physics Letters 284, p.429-434, 1998.
BUSTAMANTE, G. M., BRESSIANI, J. C. , Cerâmica Industrial, V. 5, N. 3, p.31-36,
2000.
CARS, H.S., WLODKOWSKI, T.J., ROSENKRANZ, H.S., Silver Sulfadiazine: In Vitro
Antibacterial Activity. Antimicrob. Agents Chemother., 4: p.585 –587, 1973.
CAVIGELI, M., WILFRED, W., ANNING, L., BING, S., YOSHIKA, K., KARIN, M., 1996.
The tumor-promoter arsenite stimulates AP-1 activity by inhibiting a JNK
phosphatase. EMBO J. 15, 6269_/6279.
Ceramic Wold Rewiew, 2002.
Ceramic Wold Rewiew, no 27, p. 58, 1998.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 78
DOREMUS, R. H., J. Non-Cryst. Solids, 55, 143 ibid, 1975, 25, 261, 1983.
DOREMUS, R.H., Glass Science, Willey&Sons, New York, 1973.
DOREMUS, R. H., In Modern Aspects of The Vitreous State, Edited by J. D.
Mackenzie, Butterworthes, London V2 P. 1-71, 1962.
DUXBURY, T. In: Advances in Microbial Ecology, Editor Marshall, K. C., Plenum
press, New York, 1985, pp 185-235.
FILHO, M. P. C., Introdução à Metalurgia Extrativa e Siderurgia, Livros Técnicos e
Científicos Editora S. A. São Paulo 1981.
FRISCHAT, C. H., Ionic Diffusion in Oxid Glasses, Trans Tech Publications,
Aedermannadorf, Switzerland, 1975.
GADD, G. M., GRIFFITHS, A.J., Microbial Ecology, 4, 1978, 303-317.
GADD, G. M., Metals and Microorganisms: A Problem of Definition, FEMS
Microbiology Letters 100, 1992, 197-204
GOETZ A., Water Sanitation With Silver, J. American Water Works Association,
vol.35, 579-584, 1943.
GOODMAN, L. S., GILMANS, A., Pharmacological Basis Therapeutics 6TH ed,
Masmillan Publishing Co., Inc., New York, P.997, 1980.
GREIER, N., Silver and Its Compounds, In S. S. Block (ed.), Desinfection,
Sterilization, and Preservation, 3 rd ed. Lea&Febiger, Philadelphia, P. 375-389,
1983.
HOLDEN, W. S., Water Treatment and Examination, Churchill Livingstone, LTDA,
Edinburgh, pg 350-360, 1970,.
HOUDE-WALTER, S. N., INMAN, J. M., Silver/Sodium ion exchange in optical glasses:
an XAFS study, http://ultdev.chess.cornell.edu/Newsletter_1994/glasses.html
HOUDE-WALTER, S. N., INMAN, J. M, DENT, A. J., GREAVES, G. N. Sodium and
Silver Environments and Ion-Exchange Processes in Silicate and Aluminosilicate
Glasses. Journal Physical Chemistry, Vol. 97 No. 37, 1993 pg. 9330-9336.
INMAN, J. M.,HOUDE-WALTER, S. N., MCINTTYRE, B.L., LIAO, Z.M., PARKER, R.S.,
SIMMONS, V., Chemical structure and the mixed mobile ion effect in silver-for-
sodium ion exchange in silicate glasses, Journal of Non-Crystalline Solids,194,
85-92, 1996.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 79
Japanese Industrial Standard, Testing method for antibacterial of textiles, JIS L 1902 –
1990.
KAWASHITA, M., TSUNEYAMA, S., MIYAJI, F., KOKUBO, T., KOZUKA, H.,
YAMAMOTO, K., Antibacterial silver-containing silica glass prepared by sol-gel
method, Biomaterials, 393-398, 2000.
KLASEN, H.J., A historical review of the use of silver in the treatment of burns. II.
Renewed interest for silver, Burns 26, 131-138, 2000.
KONEMAN, E. W., ALLEN, D., DOWELL JR., V. R., SOMMERS, H. M., Diagnóstico
Microbiológico, Medicina Panamericana, Editora do Brasil Ltda, São Paulo, 1993,.
LANFORD W. A., DAVICS, K., LAMANCHE, P., LAUSEN, T., GROLEAU, R.,
DOREMUS, R. H., J. Non-Cryst. Solids, 33, 249, 1979.
LEE, D. T., LEE, Y. K., LEE, H. S., Effects of Silver and potassium ions on ion exchange
in float glass, J. Mater. Sci., 27, 2908-13, 1992.
LEE, J., YANO, T., SHIBATA, S., NUKUI, A., YAMANE, M., EXAFS study on the local
environment of Cu+ ions in glasses of the Cu2O-Na2O-Al2O3-SiO2 system
prepared by Cu+/Na+ ion-exchange, Journal of Non-Crystalline Solids, 277, 155-
161, 2000.
LEE, J., YANO, T., SHIBATA, S., YAMANE, M., Structural evolution during Cu+/Na+ ion
–exchange in the system Na2O-Al2O3-SiO2, Journal of Non-Crystalline Solids,
246, 83-89, 1999.
LEE, J., YANO, T., SHIBATA, S., YAMANE, M., Structure and properties of ion-
exchanged Na2O-Cu2O-Al2O3-SiO2 glass system, Journal of Non-Crystalline
Solids, 222, 120-124, 1997.
LIN, Y. E., VIDIC, R. D., STOUT J. E., MACCRTNEY, C. A. YU, V. L., Inactivation of
mycobacterium Avium by copper and silver ions, Wat. Res. Vol.32, No. 7 1997-2000,
1998.
LUCKENS, R. J.. Structure activity relationship, p. 76 –90. In Kleinzellar, A., Springer, G.
F., Wittmann H. G. (ed.) Molecular Biology, Biochemistry and Biophysics, vol. 10.
Chemisty of Fungicidal Action, Springer – Verlang, New york, 1971.
MARTIN, H., The distribution of fungicidal activity over the periodic system. In
Torgeson, D. C. (ed), Fungicides, vol. 11. Chemistry and Physiology. Academic
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 80
Press Inc. New York, p 101-107, 1969.
MORGAN, J.J. AND STUMM, W. (1991) In: Metals and their Compounds in the
Environment (Merian, E., Ed.), pp. 67-103. VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim.
NAVARRO, J. M. F., El Vidrio, Ed. Consejo Superior de Investigaciones Cientificas. 2a
ed. Madrid, 1991.
NBR 13818 Anexo H (ABNT, 1997).
OCHIAI, E. I., General Principles of Biochemistry of the Elements, Plenum Press,
New York, 1987.
OKU, T., SHIGERU, K., YAZAWA, T., IJIMA, T., KUMAKURA, N., , Anti-bacterial and
Anti-fungal Glaze Composition for Ceramic Products, United States Patent
5,807,641, 1998.
PELKZAR JR, M. J., CHAN, E. C. S. , KRIEG, N. R., EDWARDS, D. D., PELCZAR, M.
RF., Microbiologia Conceitos e Aplicações, Vol1, 2a Edição Makron Books do
Brasil Editora LTDA, São Paulo, 1998.
PETERS, D.P., STROHHÖFER, C. , BRONGERSMA, M.L.,VAN DER ELSKEN, J.,
POLMAN, A. Formation mechanism of silver nanocrystals made by ion irradiation of
Na+ ⇔ Ag+ ion-exchanged sodalime silicate glass, Nuclear Instruments and
Methods in Physics Research , B 168, 237-244, 2000.
PRAT, A. S., SMITH, P. R., Antimicrobial Compositions Consisting of Metallic
Silver Combined With Titanium Oxide or Tantalum Oxide, United States Patent,
4,849,223, 1989.
RAMASWANY, R. V., CHENG, H. C., SRIVASTAVA, R., Appl. Opt. 27(9), 1814-19,
1998.
RIVERA-GARÇA, M., OLGUÍN, M. T., GARCIA-SOSA, I., ALCÂNTARA, D.,
RODRIGUEZ-FUENTES, G., Silver supported on natural Mexican zeolite as an
antibacterial material; Micropororous and Mesoporous Materials 39, 431-444,
2000.
ROSENKRANZ, H. S, CARS, H. S., Silver Sulfadiazine: Effect on the Growth and
Metabolism of Bactéria. Antimicrob. Agents Chemother. 2: 367 – 372, 1972.
SAMUELS, J. E., MOORE, D. T., , Appl. Opt., 29 (28), 1990, 4042-50.
SAWAI, J., SAITO, I., KANOU, F., IGARASHI, H., HANIMOTO, A., KOKUGAN, T.,
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 81
SHIMIZU, M., Mutagenicity Test of Ceramic Powder Which Have Growth Inibitory
Effect on Bacteria, Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 28, 1995.
SHARAF, N. A., SR. CONDRATE, R. A., AHMED, A. A., FTIR Spectral/Structural
Investigation of the Ion Exchange/ Thermal Treatment of Silver Íons Into a Silicate
Glass, Materials Letters V.11 n. 3, 4, 1991.
SIMONETTI, N., SIMONETTI G., BOUGNOL, F., SCALZO, M., Electrochemical Ag+ For
Preservative Use, Applied and Environmental Microbiology, p 3834 –3836, 1992.
SNOW, E.T., 1992. Metal carcinogenesis: mechanistic implication. Pharmacol. Ther.
53, 31_/65.
SUGIURA, K. MAEKAWA, S. INOUE, H. OOMURA, T., KATO, H., KOURAI, H.,
Microbicides, United States Patent, 5,296,238, 1994.
TAGANTSEV, D. K., KARAPETYAN, G. O., Decrystallization of crystallized glasses by
ion exchange, Journal of Non-Crystalline Solids, 255, 185-192, 1999.
TERAI, R., J. Non-Cryst. Solids, 6, 121, 1971.
TORTORA, G. J., FUNKE, B. R., CASE, C. L., Microbiologia 6a Edição, Editora
Artmed, Porto Alegre, 2000.
VALLS, M., LORENZO V., Exploiting the genetic and biochemical capacities of bacteria
for the remediation of heavy metal pollution, FEMS Microbiology Reviews 26
(2002) 327-338.
VARSHNEYA, A. K. , Fundamentals of Inorganic Glasses, Academic Press, INC.,
New York, 1994.
VON NAEGEL, K. W., Ueber Oligodynamische Erscheim Ungen in Lebenden Zellen.
Neue Denkschr. Algemein. Schweiz. Gesellschaft Ges. Naturweiss. Bd XXXIII abt 1,
p, 1893.
WOODWARD, R. D., Jour. AWWA, Bactericidal Effectiveness of Silver, 881-886,
1963.
YAMANE, M., SHIBATA, S., YASUMORI, A., YANO, T., TAKADA, H., Journal of Non-
Crystalline Solids,203, 268-273, 1996.
YANO, T., AZEGAMI, K., SHIBATA, S., YAMANE, M., Chemical state of oxigen in Ag+
ion-exchanged sodium silicate glass, Journal of Non-Crystalline Solids, 222, 94-
101, 1997.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 82
YANO, T., NAGANO, T., LEE, J., SHIBATA, S., YAMANE, M. Cation site occupation by
Ag+/Na+ ion-exchange in R2O-Al2O3-SiO2 glasses, Journal of Non-Crystalline
Solids, 270, 2000, 163-171.
ZHAO, C.Q., YOUNG, M.R., DIWAN, B.A., COOGAN, T.P., WAALKES, M.P.,
Association of arsenic-induced malignant transformation with DNA hypomethylation
and abberant gene expression. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94, 1997,
10907_/10912.
APÊNDICES
APÊNDICE I
METODOLOGIA PARA TESTE DE VIDROS E CERÂMICAS COM
PROPRIEDADES ANTIMICROBIANAS
1) Resumo:
É especificada uma metodologia de testes para análises qualitativas de acordo
com a existência de halo, para atividades de cerâmicas aplicadas com fins bactericidas.
2) Definições:
Para os propósitos deste trabalho os termos seguintes são assim definidos:
a) Halo: após a incubação a área limpa de crescimento de bactéria ao redor da
amostra em que os agentes antibacterianos estão atuando e se difundem
através do meio de cultura (Agar), formando uma zona de inibição.
b) Atividade antibacteriana: a propriedade para inibir o crescimento da bactéria ou
de matar a mesma.
c) Concentração inibitória mínima (CIM): a menor concentração de um principio
ativo em µg/ml, que inibe o crescimento in vitro dos microrganismos.
d) Concentração bactericida mínima (CBM): é a menor concentração em µg/ml,
que mata o microrganismo em estudo.
3) Organismos de teste:
As classes de bactérias a serem usadas para o teste podem ser as
seguintes:
a) Staphylococcus aureus;
b) Escherichia coli;
c) Bacillus cereus;
APÊNDICES 84
d) Pseudomonas aeruginosa;
Observação: As linhagens de bactérias para o teste devem ser registradas no
American Type Culture Collection (ATCC).
4) Preparação para o teste:
4.1 – Condições de manuseio para a bactéria: Quando manusear as bactérias,
levante as mangas acima dos cotovelos, lave as mãos com sabão e água; desinfete as
mãos e os braços com gaze imersa em solução alcoólica iodada com 10ml de tintura de
iodo para 1000 ml de álcool etílico comercial. A composição da tintura de iodo é: 10g de
iodo, 15g de iodeto de potássio e 100ml de álcool etílico.
4.2 – Materiais, produtos químicos e equipamentos:
• Álcool etílico: (C
2
H
5
OH);
• Plate Count Agar;
• Brain Heart Infusion;
• Cloreto de Sódio;
• Swab;
• Água Purificada:
• Água potável;
• Discos de Petri;
• Autoclave;
• Laço de Platina;
4.3 Método de Esterilização:
4.3.1 Esterilização a alta pressão de vapor (autoclave):
- O conjunto de prateleiras não deve tocar a água do fundo;
- Os meios de cultura devem estar tampados com uma bucha de algodão;
- Todo o material a ser esterilizado deve ser embrulhado com papel Kraft e depois
APÊNDICES 85
colocado nas prateleiras da autoclave;
- A válvula da autoclave deve ser mantida aberta no ínicio do aquecimento até que
o ar saia do interior.
- O material deve ser mantido em esterilização por 15 minutos a 120
o
C e
103kPa/cm
2
.
- A autoclave não deve ser despressurizada pela abertura da válvula, para evitar a
ebulição da água e dos meios de cultura.
4.3.2 Esterilização por chama:
- Coloque o material a ser utilizado na chama do gás no bico de Bussen. No caso
do laço de platina a cor do mesmo deve ir ao rubro, mantendo-o por 2 a 3
segundos. Com vidros mantenha-os também na chama por dois a três segundos.
4.4 Preparação dos Equipamentos:
Primeiramente lave cuidadosamente os tubos de vidro, os frascos, os frascos de
Erlenmeyer, as pipetas, etc. com água e sabão, após enxágüe cuidadosamente duas
vezes, seque na estufa. Embrulhe as mesmas em papel Kraft e posteriormente coloque
na autoclave e realize o procedimento descrito no item 4.3.1. Após retire o material
deixe-o secar em estufa até o uso.
Para esse teste especificamente as placas de Petri devem ter na sua parte
interna dois discos de papel filtro, ver figura 1, com o objetivo de absorver a umidade
proveniente da atividade microbiológica e que uma vez condensado na tampa da placa
precipitaria no Agar, tendo em vista a impossibilidade de virar a placa, pois as peças
cairiam. Cortam-se dois discos de papel filtro e com uma fita crepe se fixa na tampa da
placa de Petri.
APÊNDICES
86
Papel Filtro
Plate
Count Aga
r
Figura 1: desenho esquemático da disposição do agar e do papel filtro
dentro da placa de Petri.
4.5 Meio de Crescimento e de Cultura:
4.5.1 Agar Plate Count: Em função do número de amostras será preparado o
meio de cultura, pois se deve evitar que o mesmo fique preparado por vários dias. No
preparo do mesmo deve ser levado em conta a quantidade de Agar por mililitro
(informação contida no frasco de cada marca), e a partir dessa quantidade se faz uma
relação com a quantidade a ser utilizada. Pesa-se a quantidade do Agar e se adiciona
água destilada. São utilizados 15 ml para cada placa. Após a mistura o mesmo é diluído
aquecendo-se em forno de microondas até formar uma mistura homogênea e
transparente. Deve-se ter cuidado para a solução não entrar em ebulição. Após é
levado para a autoclave para a esterilização conforme a metodologia descrita no item
4.3.1.
Depois da autoclavagem e com a temperatura entre 45 °C a 55°C o meio é
distribuído nas placas de petri (15ml por placa), utilizando-se uma capela de fluxo
laminar, estéril e armazenado em geladeira a 5
o
C até a utilização. É recomendável
ainda que o meio seja preparado um dia antes da utilização, pois facilitará o manuseio.
O meio deve ser retirado da geladeira no mínimo 1h antes da inoculação. Recomenda-
se que o tempo de armazenagem não ultrapasse uma semana.
4.5.2 Meio de Cultura Agar Comum: Tome 5 g de extrato de carne, 10g de peptonada,
5g de cloreto de sódio, 15 g de agar e junte a 1000ml de água purificada , ponha dentro
de um frasco para misturar, aqueça em banho maria até que o conteúdo esteja
suficientemente dissolvido. Após ajuste o pH 7,0 ± 0.2 pela adição de hidróxido de sódio
de 0,1mol (1/10 N) . Após tampe com algodão e leve para a autoclave. Siga o
APÊNDICES 87
procedimento 4.3.1. Se for inocular imediatamente, mantenha a 48°C. Se não utilizado
imediatamente após o preparo, estoque em geladeira a 5°C -10°C. O meio de cultura
Agar comum preparado por tempo superior a um mês não deve ser utilizado neste
teste.
4.5.3 Caldo Mili-Hinton: Dissolva o caldo conforme procedimento descrito pelo
fabricante e de uso rotineiro nos laboratórios de microbiologia.
4.5.4 Solução fisiológica Salina: Pesa-se 0,9 % de NaCl e dilui-se em 100ml de água
destilada. Após se distribui em frascos 4,5ml e 10ml. Depois leva-se para autoclave e
emprega-se a metodologia descrita no item 4.3.1. A solução deve ser resfriada ao ar em
temperatura ambiente.
4.7 Preparação dos Corpos de Prova:
Os corpos de prova podem ter duas formas:
Forma Cilíndrica: recorta-se um disco de cerâmica com diâmetro de dois cm.
Forma Retangular: recorta-se um retângulo com um lado de 2cm e o outro lado com 1,5
cm. Os corpos de prova ficam mais uniformes se a fusão do vidro ocorre em cadinho
que tenha as dimensões exigidas. O uso de cadinho de grafite é indicado.
5.0 Procedimento para o teste:
5.1 Diluição :
Com a finalidade de deixar a solução contendo as bactérias em um número ideal (ao
redor de 5 x 10
6
bactérias por ml) o seguinte procedimento é efetuado:
-Das colônias congeladas em caldo BHI retira-se 0,3 ml e passa-se para caldo BHI
estéril. Deixar em estufa a 35°C por 24h.
APÊNDICES 88
0,02
Solução
Fisiológica
Uma
colônia
Uma alça de
platina
Agar Sangue
Caldo
BHI
3
ml
Bactérias em
caldo BHI
congeladas
C
aldo
BHI
Figura 2: desenho esquemático do procedimento utilizado para a diluição inicial
das bactérias.
Retira-se uma alça de platina e semeia-se com esgotamento em Agar sangue. O
objetivo deste procedimento é verificar a pureza e isolar uma colônia. Toma-se uma
colônia coloca-se no caldo BHI e deixa-se crescer em estufa por 35°C.
-Toma-se do caldo de crescimento 1, 200µl. Dilui-se esses 200 µl em um tubo
de solução fisiológica contendo 10 ml (diluição de 1 : 500);
- Retira-se 0,5 ml e dilui-se em 4,5ml de solução fisiológica (diluição de 1: 5000). Da
diluição anterior retira-se 0,5ml e passa para 4,5 ml de salina, (diluição de 1 : 50000); O
procedimento prossegue até se chegar à diluição 1:500000.
Na figura dois está ilustrado o procedimento todo de diluição.
APÊNDICES 89
Inoculação: Utilizando a concentração equivalente à turvação 0,5 da escala Mc
Farland, ou ajustando-se através da diluições seriadas, para uma concentração inicial
de 10
6
colônias por ml, apanha-se um swab e mergulha-se no tubo com as bactérias,
impregnando-se bem o algodão, fazendo a haste girar nos dois sentidos. Retira-se o
excesso, pressionando o swab levemente contra o frasco e então inocula-se por toda a
placa cobrindo a superfície da mesma de maneira uniforme girando a placa de 45 graus
toda vez que chegar ao final da mesma. Repetir o procedimento por três vezes.
Figura 3 – Desenho esquemático da disposição
das peças cerâmicas dentro da placa de petri.
9
1cm 2cm 3cm 2cm
Amostra com
Atividade
Amostra sem Atividade
( Branco)
Deposição Dos Corpos de Prova:
Com o uso de uma pinça esterilizada coloca-se a peça com atividade em um
lado da placa um pouco afastado da borda. No outro lado coloca-se uma peça sem
atividade, para fins comparativos (branco)..
APÊNDICES 90
Figura 4 – Desenho esquemático mostrando o halo de inibição do crescimento
bacteriano ao redor de uma peça cerâmica com efeito bactericida.
Colônia de
Bactérias
Halo
Cerâmica
Pode-se observar na figura 3 a disposição das peças no interior de uma
placa de Petri, inoculada.
Resultados:
Os Resultados são qualitativos, e a presença de um halo de inibição indica a atividade
antibacteriana das amostras cerâmicas. Quando esse halo não é detectado, significa
que essa peça em particular não tem efeito inibitório sobre o crescimento das bactérias.
Pode-se observar na figura 4 um desenho esquemático onde é mostrado como ficaria
a cerâmica com a presença do halo, que confirma a atividade antimicrobiana.
Os resultados devem ser fotografados (dar preferência por câmeras digitais), para
uma análise posterior no analisador de imagens. Essa análise deve ser realizada
obrigatoriamente quando a peça não possuir forma regular. O objetivo da ánalise de
imagens é a relação entre as áreas da peça e do halo de inibição. As fotografias devem
sempre ser referenciadas a uma escala graduada (colocar uma régua ao lado da placa
de petri quando estiver fazendo a foto para ser facilmente trabalhada no analisador de
imagens.
APÊNDICES 91
PROVA DE SENSIBILIDADE POR DILUIÇÃO EM CALDO
Devem ser utilizados 10 tubos contendo 4,5 ml de BHI. A cada tubo adiciona-se
uma quantidade do agente antimicrobiano. Normalmente se emprega um fator de
divisão por dois ou raiz de três, por exemplo. Na figura 5 o desenho esquemático de
FIGURA 5 - Esquema das prova de sensibilidade por diluição em caldo.
A
concentração inibitória mínima mostrada aqui é de 6,25µg/ml.
dez tubos contendo caldo nutritivo. A cada tubo deve ser acrescentado uma quantidade
do vidro já trocado com a prata. O vidro deve ser moído até passar em peneira de 325
mesch, isso corresponde a partículas com diâmetro médio inferior a 45µ. O tubo 10 não
contém o princípio ativo e serve como um controle de crescimento. Os meios devem ser
inoculados com uma suspensão de microrganismos e incubados a 35°C durante 18
horas. No final deste período os meios devem ser examinados visualmente para
comprovar a presença de turvação. Observa-se no desenho esquemático da figura 5
que os cinco tubos da esquerda contém um meio turvo enquanto os da direita o meio
está claro. A turvação indica que houve crescimento dos microrganismos.
A concentração bactericida mínima (CBM), em comparação com a CIM, é a menor
concentração em µg/ml, que mata o microrganismo em estudo. A solução (meio de
crescimento + princípio ativo) após 18h deve ser semeada em placas (uma placa
correspondente a cada tubo). Após as placas devem permanecer por dezoito horas em
estufa a 35°C. Depois desse tempo deve ser observado o crescimento ou não das
APÊNDICES
92
colônias. Na placa onde não cresceram nenhuma colônia é a corresponde à
concentração bactericida mínima.
CONTAGEM DE CÉLULAS VIÁVEIS:
A peça cerâmica deve ser dividida em seis partes, sendo feito um círculo com
aproximadamente 2cm de raio em cada parte. Posteriormente devem ser pipetados
200µl da suspensão bacteriana diluída até 10
-4
em relação a escala 0,5 de Mac-
Farland e esta depositada no interior do círculo sobre a peça. Após, com a ponteira da
micropipeta a amostra deve ser espalhada cobrindo toda a área. Nos intervalos de
tempo pré-determinado (0,1,2,3,6 h) o material depositado sobre as peças deve ser
recuperado com o auxílio de um swab estéril, e recolhido em 4,5 ml de solução
fisiológica. Em seguida transfere-se 200µl da suspensão para placas com plate count
Agar, sendo espalhados sobre a superfície com auxílio de uma alça de Brigalski.
Coloca-se em estufa por 18 horas a 36 °C e procede-se a leitura utilizando uma lupa e
um contador de colônias. Simultaneamente deve ser realizado também o controle de
crescimento microbiano da peça sem o princípio ativo (branco).
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
