Modification of stainless steel surfaces by plasma nitriding and silver (AG+) ION implantation at low energy : alternatives to reduce food pathogens in metal surfaces

A adesão e a formação de biofilme bacterianos em superfícies de equipamentos e utensílios que entram em contato com alimentos, além de contaminar o produto durante o processamento, podem ocasionar doenças de origem alimentar, que acarretam em perdas econômicas e, principalmente em problemas de saúde pública. O aço inoxidável AISI (American Iron and Steel Institute) 304 é o material mais utilizado na fabricação de equipamentos e utensílios. Por esse motivo, a modificação da superfície de aços inoxidáveis pode ser uma alternativa promissora para evitar ou, ao menos, diminuir a adesão bacteriana e a formação de biofilmes. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito dos tratamentos de nitretação a plasma e de implantação iônica de prata (Ag+) a baixas energias em aço inoxidável AISI 304 sobre a adesão e redução de um patógeno alimentar Gram-negativo (Salmonella Enteritidis) e um Gram-positivo (Listeria monocytogenes) sobre essa superfície. Os corpos de prova de aço inoxidável AISI 304 foram tratados por nitretação a plasma, variando as condições (tempo, temperatura e composição de gases), ou tratados pela implantação iônica de prata (Ag+) variando a baixa energia (2 e 4 KeV) no equipamento Ion Plating Diversified (IPD) e a adesão bacteriana foi comparada com os corpos de prova não tratados. Os resultados mostraram que as duas técnicas de modificação da superfície propiciaram redução no número de células aderidas no aço inoxidável em quase 1 log para as duas bactérias, no entanto, as reduções foram maiores quando o aço inoxidável foi alterado pela técnica de nitretação a plasma. Este trabalho mostra-se como um importante passo na pesquisa de novas tecnologias que podem ser empregadas para reduzir ou impedir a adesão e a formação de biofilmes bacterianos em aço inoxidável.Both adhesion and formation of bacterial biofilms on surface of equipments and items in contact with food can cause contamination on the product during its processing and foodborne diseases as well, resulting in economic losses and, most significant, serious issues on public health. The AISI 304 (American Iron and Steel Institute) stainless steel is the most used material to equipment and utensils’ manufacture. For this reason, the surface modification of stainless steel may be a useful alternative to either avoid or, at least, reduce both bacterial adhesion and biofilm formation. This study intended to evaluate both plasma nitriding and silver (Ag+) ion implantation treatments’ effects at low energies in AISI 304 stainless steel, on adherence and reduction of a Gram-negative food pathogens (Salmonella Enteritidis) and a Gram-positive (Listeria monocytogenes) on that surface. The AISI 304 stainless steel tested parts were treated by plasma nitriding, modifying silver (Ag+) ion implantation, changing low energy in a range between (2 and 4 keV) at Ion Plating Diversified (IPD) equipment, besides that bacterial adhesion was compared with not treated parts. The results showed that both surface modification techniques reduced the number of adhered cells at stainless steel about 1 log for both bacteria, however the reductions were larger when stainless steel has been modified by plasma nitriding technique. This work presents itself as an important step in new technologies’ research, which can be employed to either reduce or avoid the stainless steel bacterial biofilms adhesion and formation