Development of Non-leaching Antibacterial Approaches on Cellulose-based Substrates and Their Mechanisms

Tid: Fr 2019-12-13 kl 13.00

Plats: Kollegiesalen, Brinellvagen 8, Stockholm (English)

Ämnesområde: Kemiteknik

Respondent: Chao Chen , Träkemi och massateknologi, Wood Chemistry and Pulp Technology

Opponent: Professor Stefan Spirk, Graz University of Technology

Handledare: Professor Monica Ek, Fiber- och polymerteknologi; Josefin Illergård, Fiber- och polymerteknologi

Abstract

Layer-by-layer tekniken (LbL) blir ett kraftfullt verktyg som har använts i många ytbeläggningar och funktionaliseringar de senaste åren. Det har många fördelar, inklusive en snabb och mild process, flexibiliteten i valet av underlag och enkelheten att skala upp. Nya antibakteriella material kan uppnås med hjälp av denna teknik genom att immobilisera utvalda antibakteriella medel på ytor av önskat underlag. Ett idealiskt antibakteriellt medel, en katjonisk polyelektrolyt, kan LbL-avsättas på ytorna i mono- eller flerskikt, vilket gör ytorna dödliga för bakterierna på grund av deras positiva laddning. Detta tillvägagångssätt kan inte bara effektivt kontrollera spridning av bakterier utan också att minimera bakteriell resistens såväl som miljöpåverkan. Cellulosafibrer modifierade av olika katjoniska polyelektrolyter inklusive PDADMAC, PAH, PVAm som antingen monolager eller flerskikt sammansatt med PAA med användning av LbL-deposition har visat mer än 99,99% bakteriellt avlägsnande samt hämning av bakterietillväxt. Bland dessa modifieringar har två lager av PVAm sammansatt med ett skikt av PAA visat den högsta antibakteriella effektiviteten på grund av den högsta adsorberade mängden och laddningstäthet. För det andra ersattes PAA av en biobaserad cellulosanano-fibril (CNF), som ett mittlager mellan två lager av PVAm, vilket minskar kol-fotavtrycket och utvidgar möjligheten att använda LbL-teknik i antibakteriella tillämpningar, eftersom LbL-tekniken kan användas så länge som de alternativa skikten är motsatt laddade. Fibrerna modifierade med denna metod har visat liknande och ännu bättre antibakteriella egenskaper än hos PAA. Förutom att utveckla den antibakteriella metoden med hjälp av LbL på cellulosafibrer, är det också viktigt att förstå den antibakteriella mekanismen. Det visade sig att laddningstätheten och ytstrukturerna är två viktiga faktorer som påverkar bakteriell vidhäftning och den bakteriedödande effekten. För att studera detta gjordes olika laddade cellulosamodytor genom beläggning av oxiderad, regenererad cellulosa följt av PVAm / CNF / PVAm LbL-deposition och en bättre antibakteriell effekt observerades på den högre laddade ytan. Genom att beräkna kraften mellan bakterierna och laddad yta föreslogs att en högre interaktion på grund av den högre ytladdningen orsakar en stor påkänning på bakteriecellväggen vilket leder till störning av bakterierna. För att ytterligare förbättra den bakteriedödande effekten mönstrades de plana ytorna med mikro- och nanokonstruktioner med användning av en femtosekund laserteknik. Försvagningen av det bakteriella yttre membranet orsakat av den laddade ytan gör bakterierna mer sårbara och lättare att störa. Detta tillvägagångssätt har visat sig vara giltigt på både Gram-positiv S. aureus viii och gram-negativ E. coli. Effekten var större på E. coli med en svagare membranstruktur och högre ytpotential, vilket visar att den antibakteriella mekanismen är en fysisk störning av bakteriecellen.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-264035

Innehållsansvarig:Sabina Fabrizi
Tillhör: CBH
Senast ändrad: 2019-11-22