Микробный рост и адгезия Escherichia coli в эластомерных силиконовых пенопластах с обычно используемыми добавками

May 05, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8541 (2023) Цитировать эту статью

232 доступа

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Силикон часто используется в средах, где водоотталкивающие свойства являются преимуществом. Контакт с водой способствует адгезии микроорганизмов и образованию биопленок. В зависимости от применения это может увеличить вероятность пищевых отравлений и инфекций, ухудшения внешнего вида материала и вероятности возникновения производственных дефектов. Предотвращение микробной адгезии и образования биопленок также важно для эластомерных пен на основе силикона, которые используются в прямом контакте с телом человека, но часто их трудно очистить. В этом исследовании описывается прикрепление микробов и удержание из пор силиконовых пенопластов различных составов и сравнивается с таковыми у обычно используемых пенополиуретанов. Рост грамотрицательных Escherichia coli в порах и их выщелачивание во время циклов стирки характеризуют с помощью бактериального роста/ингибирования, анализа адгезии и SEM-визуализации. Проведено сравнение структурных и поверхностных свойств материалов. Несмотря на использование обычных антибактериальных добавок, мы обнаружили, что нерастворимые частицы остаются изолированными в слое силиконового эластомера, что влияет на микрошероховатость поверхности. Водорастворимая дубильная кислота растворяется в среде и, по-видимому, способствует ингибированию роста планктонных бактерий, что ясно указывает на наличие дубильной кислоты на поверхности SIF.

Силикон — хорошо изученный материал с широким спектром применения. Тем не менее, его антибактериальные свойства в конкретных применениях по-прежнему вызывают вопросы. В медицинских целях пены на основе силикона (SIF) в основном используются в качестве протезов1 и современных повязок на раны2,3, постоянно контактируя с тканями и жидкостями организма. Поскольку влажность окружающей среды и вода способствуют образованию биопленок за счет адгезии микроорганизмов, такие условия, несомненно, увеличивают вероятность инфекций. Еще одна быстрорастущая область применения SIF — амортизация (сиденья, матрасы, прокладки), где весьма вероятен случайный контакт с жидкостями организма, пищей и жидкостями. Амортизирующие пены часто имеют структуру с открытыми порами, которая обеспечивает проникновение воздуха, жидкостей и микроорганизмов. Поскольку образование биопленки также ухудшает внешний вид материала и увеличивает вероятность производственных дефектов4,5, предотвращение микробной адгезии и образования биопленки на силиконовых материалах является важным вопросом, независимо от их применения.

Поли(диметилсилоксан), например, полимеры на основе ПДМС, широко известные как силиконы, по своей сути не обладают антибактериальными свойствами. Добавки, такие как катализаторы, в том числе наночастицы платины6 и другие вещества с низкой молекулярной массой, включенные между полимерными цепями или привитые к основной цепи полимера, могут придавать силикону антибактериальную активность7,8,9. Сообщается, что низкое поверхностное натяжение и, следовательно, высокая гидрофобность являются одной из основных причин склонности ПДМС к адсорбции белков и бактериальной адгезии10,11. Например, Бушер и др. сравнили Candida albicans и C.tropicis и обнаружили, что чем более гидрофобна поверхность микроорганизма, тем больше он склонен прилипать к силиконовой поверхности4. Хотя грамотрицательные бактерии Escherichia coli имеют как гидрофобные, так и гидрофильные области в наружном мембранном слое, их поверхность обычно считается гидрофильной (сообщается, что контактный угол смачивания находится в диапазоне 16,7–24,7°)12,13. Принято считать, что адгезия микроорганизмов зависит от гидрофобных взаимодействий между бактериальной клеткой и поверхностью полимера13.

Стремясь подавить адгезию гидрофильных бактерий к гидрофобной поверхности, в качестве возможного решения часто предлагается повышение гидрофильности поверхности10,14,15. Показано, что адгезия E. coli к силиконовому катетеру снижается на 32% при прививке антимикробного пептида и поливинилпирролидона на отвержденный ПДМС или даже на ~ 95% при использовании винилмодифицированной метилцеллюлозы16, а использование карбоксиметилхитозана и полидофамина приводит к Снижение адгезии E. coli на ≥ 90%15. Также прививка акрилатов7 к силиконовому каучуку (Pseudomonas, катетер) эффективно подавляет неспецифическую адсорбцию белков и адгезию клеток, подавляя гидрофобное восстановление поверхности. Одна из последних работ McVerry et al. демонстрирует успешную одноэтапную гидрофильную модификацию поверхности в условиях окружающей среды и под воздействием УФ-излучения для создания сетки цвиттер-ионного полимера полисульфобетаина и перфторфенилазида на поверхности силикона17. Сообщаемая антибактериальная активность была обусловлена ​​образованием поверхностного гидратного слоя в присутствии гидрофильного покрытия.