Engineering Reports:不锈钢上的有机调节层对电活性菌S. putrefaciens CN32附着及生物膜形成的影响

不锈钢具有强耐腐蚀性和承受多种环境应力的优良性能,因此在工业领域被普遍使用。由于AISI 304不锈钢能够应对侵蚀和腐蚀环境,因此在抗微生物腐蚀(MIC)方面得到了广泛的研究,但在一定的环境条件下,仍易发生点蚀。细菌作为一种无处不在的有机体,几乎可以在所有的表面附着、定植、增殖并形成生物膜,因此对于科技、医疗和环境系统来说解决生物膜和生物膜诱导的材料降解问题至关重要。当材料表面与自然水环境接触时,通过吸附周围介质中的分子或从细菌中排泄出的多聚物质,如多糖、蛋白质、脂类和核酸等,就会立即形成一种表面调节层,这种表面调节层能显著地改变不锈钢表的表面性能。

最近,德国联邦材料研究所Ozlem Ozcan教授团队电活性菌Shewanella putrefaciens CN32为模型菌研究了聚乙烯亚胺(PEI)和腐殖酸(HA)作为大分子调节层对细菌早期附着及生物膜形成的影响。

作者首先利用红外光谱分析证实了高分子调节层的吸附效果,结果证明有厚沉积层形成,说明PEI和腐殖酸的吸附效果良好。接着作者研究了调节层对材料表面电荷和可湿性的影响,利用羟化物、油酸、PEI、腐殖酸、ODPA、APPA等材料,研究不同材料表面电位和接触角。结果表明,PEI表面具有较高的正电荷,而腐殖酸表面带有负电荷,而正电荷的PEI可以有效抑制细菌的附着,而其他几种表面带负电荷的材料抑制效果较低,证明静电相互作用在控制细菌的初始附着中作用甚微。最后作者研究了生物膜的形成过程,发现PEI表面几乎没有细菌定植并且有效抑制生物膜形成,而其他几种材料表面,特别是腐殖酸表面生物膜形成最多,综合以上结果,作者证实表明电活性细菌与底物之间的电化学相互作用可能是控制生物膜形成的主要因素。

部分图:

FTIR检测不锈钢AISI 304上大分子PEI和腐殖酸的吸附情况

不同材料表面ζ电位

不同材料的接触角测量

不同材料表面生物膜形成的差别

不同材料表面细菌附着的扫描电镜结果

论文信息:

Effect of organic conditioning layers adsorbed on stainless steel AISI 304 on the attachment and biofilm formation of electroactive bacteria Shewanella putrefaciens CN32

Nina Wurzler, Gundula Hidde, Matthias Schenderlein, Ozlem Ozcan*

Engineering Reports

DOI: 10.1002/eng2.12458

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eng2.12458