La Agencia Espacial Europea desarrolla recubrimientos para evitar el crecimiento de microbios en el espacio

Un astronauta en el módulo Columbus. Foto: ESA

Los tripulantes de la Estación Espacial Internacional no están solos. Un estudio microbiano de las superficies dentro de un puesto de avanzada orbital encontró docenas de diferentes especies de bacterias y hongos, incluidos patógenos nocivos como el Staphylococcus aureus, conocido por causar infecciones cutáneas y respiratorias, así como intoxicación alimentaria.

Los astronautas viven y trabajan en órbita junto con abundantes poblaciones de microorganismos, lo que podría representar una grave amenaza para la salud, e incluso para la integridad estructural de las naves espaciales. Un proyecto dirigido por la Agencia Espacial Europea (ESA, en por sus siglas en inglés) busca desarrollar recubrimientos que matan microbios y son adecuados para su uso en las cabinas de las naves espaciales.

Las poblaciones microbianas podrían incluso enfermar a las naves mismas, ya que bacterias y los hongos producen “biopelículas”, similares a la placa de los dientes, que a su vez pueden empañar y corroer el metal y el vidrio, así como el plástico y el caucho.

Este problema se agravó en los últimos días de la predecesora de la ISS, la estación espacial Mir, donde se observaron colonias microbianas creciendo en algunas partes de los trajes espaciales, aislamiento de cables e incluso en los sellos de las ventanas.

“Con los sistemas inmunológicos de los astronautas suprimidos por la microgravedad, las poblaciones microbianas de futuras misiones espaciales de larga duración deberán controlarse rigurosamente”, detalló Malgorzata Holynska, ingeniera de materiales de la ESA, quien explicó que su Sección de Física y Química de Materiales “está colaborando con el Istituto Italiano di Tecnologia, IIT, para estudiar materiales antimicrobianos que podrían agregarse a las superficies internas de la cabina”.

Dicho instituto comenzó a trabajar en el óxido de titanio, también conocido como 'titania', que se utiliza, por ejemplo, en vidrios autolimpiantes aquí en la Tierra, así como en superficies higiénicas. Cuando el óxido de titanio se expone a la luz ultravioleta, descompone el vapor de agua en el aire en “radicales libres de oxígeno”que devoran todo lo que está en la superficie, incluidas las membranas bacterianas.

Ejemplos de microbios de la ISS. Foto: ESA

“Las bacterias se inactivan por el estrés oxidativo generado por estos radicales”, dijo Mirko Prato del IIT. “Esto es una ventaja porque todos los microorganismos se ven afectados sin excepción, por lo que no hay posibilidad de que aumentemos la resistencia bacteriana de la misma manera que algunos materiales antibacterianos”.

La elección del óxido de titanio se basó en investigaciones previas sobre recubrimientos antimicrobianos para hospitales. El equipo está investigando un método para “dopar” el compuesto; ajustando su receta para aumentar su sensibilidad a la parte visible del espectro de luz.

“Los recubrimientos antimicrobianos en la Tierra a menudo usan plata, pero aquí queremos prescindir de ella”, agrega Malgorzata. “El problema es que, en el entorno confinado de una nave espacial, la exposición prolongada a la plata podría tener efectos negativos para la salud de los astronautas; no queremos una acumulación de metales pesados ​​en el agua a bordo, por ejemplo, con plata soluble vinculada a la piel y los ojos. irritación, incluso cambios en el color de la piel en dosis muy altas.”

Uno de los atractivos del óxido de titanio como alternativa es su aparente estabilidad a largo plazo, afirmó Fabio Di Fonzo de IIT: “Pero realizaremos un envejecimiento artificial de los recubrimientos para ver cómo evolucionan con el tiempo. Y parte de los resultados del proyecto será ver cuáles son los productos de fotodegradación que regresan a la atmósfera de la cabina una vez que las bacterias se oxidan; obviamente, no queremos productos finales que sean más tóxicos que los propios microbios”.

Crecimiento de hongos en el ISS. Foto: ESA

Las pruebas realizadas por IIT han logrado un recubrimiento exitoso de óxido de titanio de una variedad de superficies candidatas: vidrio, oblea de silicio, papel de aluminio e incluso papel tisú de grado de sala limpia. Los recubrimientos se colocan utilizando varios métodos, que incluyen la “deposición física de vapor” y la “deposición de capas atómicas”, que implican la colocación gradual de películas delgadas mediante la exposición a productos químicos gaseosos, técnicas empleadas más tradicionalmente para fabricar dispositivos semiconductores.

“Nuestro objetivo es mantener esta capa antimicrobiana lo más delgada posible, para no alterar demasiado las propiedades mecánicas de los materiales subyacentes, para no evitar que las telas se doblen, etc.”, dijo Mirko. “Nuestro objetivo son espesores de 50 a 100 nanómetros, millonésimas de milímetro.”

El proyecto PATINA, 'Optimización de recubrimientos antibacterianos fotocatalíticos', también abarca otros tratamientos de superficie antimicrobianos, incluidos los materiales superhidrofóbicos que repelen toda la humedad, la reacción electrostática y los materiales que liberan biocidas. Este nuevo enfoque antimicrobiano complementa la investigación europea existente, como el experimento francés de superficie espacial MATISS y el experimento alemán Touching Surfaces que investiga el crecimiento bacteriano a bordo de la ISS.