A Flexible Anti-Biofilm Hygiene Coating for Water Devices

生物膜 细菌 生物污染 涂层 嫁接 化学 材料科学 核化学 化学工程 冶金 纳米技术 有机化学 生物 生物化学 工程类 聚合物 遗传学
作者
Melvin S. Samuel,Sahebeh Tamaddoni Moghaddam,Mingwei Shang,Junjie Niu
出处
期刊:ACS applied bio materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (8): 3991-3998 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsabm.2c00538
摘要

Biofilm is a microbiome complex comprising different bacterial colonies that typically adhere to device surfaces in water, which causes serious medical issues such as indwelling infections and outbreaks. Here, we developed a non-nanoparticle, flexible anti-biofilm hygiene coating consisting of lithocholic acid (LCA), zinc pyrithione (Zn), and cinnamaldehyde (Cn) (named as LCA-Zn-Cn) that largely prevents the bacteria adhesion to various water device surfaces such as stainless steel and glass through a synergistic mechanism. The existing chelated groups on LCA and Cn attract plenty of bacteria via hydrophobic interaction. Both the bactericidal reaction by grafting biocidal groups from both LCA and Cn and the bacteriostatic reaction by inhibiting cell division via zinc ions (Zn) lead to a largely improved bacteria/biofilm prevention. The antibacterial performance was assessed by using the JIS Z 2801/ISO 22196 method. The designed LCA-Zn-Cn coating displayed log10 reduction of 4.23 (99.9% reduction) of E. coli and log10 reduction of 3.51 (99.8% reduction) of E. faecalis on stainless steel, which are much higher than the control samples, demonstrating a promising colonization inhibition. In parallel, the polysulfone encapsulated beads also showed >99% reduction efficiency in batch and >97-98% reduction efficiency in continuous column tests using the Lake Michigan water. Due to the strong cross-linked configuration, the coating still showed >90.9% bacterial reduction after 3000 abrasion cycles and over 99.9% bacteria reduction after a high flow velocity of 1.99 m/s test, which confirmed the enhanced mechanical durability. By applying either spray or dip-coating, the designed polymer composite can be coated on a variety of irregular water devices with mass production using an auto-controlled robot arm.
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