Bio-fouling: prevention by the use of functionalized materials

• Autorzy: Skowroński J. , Mroczkowska A.

Warianty tytułu

PL

Problem bio-foulingu oraz możliwości przeciwdziałania temu zjawisku materiałami powierzchniowo funkcjonalizowanymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Microbial biofilm formation called bio-fouling causes both epidemiological and technological problems by increasing material and energy demand. Due to growing microbial resistance, currently used methods of prevention have become less effective. The use of novel functionalized materials is considered a stable, non-specific, and widely effective approach. Material modification can be achieved by changing its chemical composition and surface properties such as roughness and charge. This paper presents the current state of the art focusing on the potential application in the industry and methodology for testing such novel materials. The antimicrobial activity was examined against representatives of Gram–positive (Bacillus subtilis) and Gram-negative (Escherichia coli) bacteria in static (plate assay) and dynamic conditions (batch culture).

PL

Powstawanie biofilmu mikrobiologicznego na powierzchni materiału, zwane bio-foulingiem, stwarza potencjalne zagrożenie epidemiologiczne i/lub utrudnia przebieg procesów przemysłowych przez zwiększenie ich materiało- i energochłonności. Wobec rosnącej odporności drobnoustrojów na stosowane obecnie metody zapobiegawcze konieczne staje się poszukiwanie materiałów funkcjonalizowanych, zdolnych do stabilnego, niespecyficznego i efektywnego hamowania rozwoju bakterii na ich powierzchni. W niniejszym opracowaniu zaproponowano metodykę oceny właściwości przeciwdrobnoustrojowych prototypowych membran funkcjonalizowanych. Ich skuteczność określano względem reprezentatywnych szczepów Escherichia coli i Bacillus subtilis.

Słowa kluczowe

EN

biofilm; biofouling; quorum sensing; material functionalization; surface modification

PL

biofilm; biofouling; quorum sensing; funkcjonalizacja materiałów; modyfikacja powierzchniowa

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2013
• Tom: nr 3
• Strony: 27--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skowroński J.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, Radom

autor

Mroczkowska A.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, Radom

Bibliografia

• 1. Donlan R.M.: Biofilms: microbial life on surfaces. Emerging Infectious Diseases, 2002, Vol. 8, pp. 136–151.
• 2. Currie C.R.: A community of ants, fungi and bacteria: a multilateral approach to studying symbiosis. Annual Review of Microbiology, 2001, Vol. 55, pp. 357–380.
• 3. Kołwzan B.: Analiza zjawiska biofilmu – warunki jego powstawania i funkcjonowania. Ochrona środowiska, 2011, Vol. 33, Nr 4, s. 3–14.
• 4. Matejczyk M., Suchowierska M.: Charakterystyka zjawiska Quorum sensing i jego znaczenie w aspekcie formowania i funkcjonowania biofilmu w inżynierii środowiska, budownictwie, medycynie oraz gospodarstwie domowym. Budownictwo i inżynieria środowiska, 2011, Vol. 2, s. 71–75.
• 5. Monds R.D., O’Tool G.A.: The developmental model od microbial biofilms: Ten years of a paradigm up for review. Trends in Microbiology, 2009, Vol. 17, pp. 73–87.
• 6. Flemming H.C., Wingender J.: The biofilm matrix. Nature Reviews Microbiology, 2010, Vol. 8, pp. 623–633.
• 7. Yuwono S.D., Hadi S.: Lactic acid production from fresh cassava roots using single-stage membrane bioreactor. Modern Applied Science, 2012, Vol. 6, No. 1, pp. 60–67.
• 8. Buntner D., Sanchez A., Garrido J.M.: Three stages MBR (methanogenic, aerobic biofilm and membrane filtration) for treatment of low-strength wastewaters. Water Science and Technology, 2011, Vol. 64, pp. 397–402.
• 9. Bitton G.: Wastewater Microbiology. John Wiley&Sons Inc., 2005.
• 10. Kołwzan B.: Ocena przydatności inokulantów do bioremediacji gleby zanieczyszczonej produktami naftowymi. Ochrona Środowiska, 2008, Vol. 30, Nr 4, s. 3–14.
• 11. Grabińska-Łoniewska A., Siński E.: Mikroorganizmy chorobotwórcze i potencjalnie chorobotwórcze w ekosystemach wodnych i sieciach wodociągowych. Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2010.
• 12. Beech I.B., Sunner J.: Biocorrosion: towards understanding interactions between biofilms and metals. Current Opinion in Biotechnology, 2004, Vol. 15, pp. 181–186.
• 13. Morton L.H.G., Surman S.B.: Biofilms in biodeterioration – a review. International Biodeterioration & Biodegradation, 1994, Vol. 34, No. 4, pp. 203–221.
• 14. Jain A., Gupta Y., Argawal R., Jain D.K., Khare P.: Biofilms – a microbial life perspective: A critical review. Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems, 2007, Vol. 24, pp. 393–443.
• 15. López D., Vlamakis H., Kolter R.: Biofilms. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2010, Vol. 2.
• 16. Czaczyk K.: Czynniki warunkujące adhezję drobnoustrojów do powierzchni abiotycznych. Postępy Mikrobiologii, 2004, Vol. 43, s. 267–283.
• 17. Nowicka J.: Czynniki wirulencji I chorobotwórczość gronkowców koagulazo-ujemnych. Forum Zakażeń, 2012, Vol. 3.
• 18. Jung W.K., Koo H.C., Park Y.H.: Antibacterial activity and mechanism of action of the silver ion in Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Applied and Environmental Technology, 2008, Vol. 74, pp. 2171–2178.
• 19. Lima E., Guerra R., Lara V., Guzman A.: Gold nanoparticles as efficient antimicrobial agent for Escherichia coli and Salmonella typhi. “Chemistry Central Journal”, 2013, Vol. 7, pp. 2–7.
• 20. Ren G.G, Hu D.W., Cheng E.W.C., Vargas-Reus M.A., Reip P.P., Allaker R.P.: Characterisation of copper oxide nanoparticles for antimicrobial applications. International Journal of Antimicrobial Agents, 2009, Vol. 33, pp. 587–590.
• 21. Azam A., Ahmed A.S., Oves M., Khan M.S., Habib S.S., Adnan M.: Antimicrobial activity of metal oxide nanoparticles against Gram-positive and Gram-negative bacteria: A comparative study. International Journal of Nanomedicine, 2012, Vol. 7, pp. 6003–6007.
• 22. Fujishima A., Ohko Y., Saitoh S., Tatsuma T., Niwa C., Kubota Y.: Antibacterial and anticorrosion effects of titanium dioxide photoactive coatings.
• 23. McBride M.C., Malcolm R.K., Woolfson A.D., Gorman S.P.: Persistence of antimicrobial activity through sustained release of triclosan from pegylated silicone elastomers. Biomaterials, 2009, Vol. 30, pp. 6739–6747.
• 24. Matanic V.C.A., Castilla V.: Antiviral activity of antimicrobial cationic peptides against Junin virus. International Journal of Antimicrobial Agents, 2004, Vol. 23, pp. 382–389.
• 25. Swartjes J.J.T.M, Das T., Sharifi S., Subbiahdoss G., Sharma PP.K., Krom B.P.P., Busscher H.J., van der Mei H.C.: A functional DNase I Coating to prevent adhesion of bacteria and the formation of biofilm. Materials Views, 2013, Vol. 23, pp. 2843–2849.
• 26. Hong Y., Brown D.G.: Electrostatic behawior of the charge-regulated bacterial cell surface. Langmuir, 2008, Vol. 24, pp. 5003–5009.
• 27. Bullitt E., Makowski L.: Structural polymorphism of bacterial adhesion pili. Nature, 1995, Vol. 373, pp. 164–167.
• 28. Davidson C.A.B., Lowe C.R.: Optimisation of polymeric surface pre-treatment to prevent bacterial biofilm formation for use in microfluidics. Journal of Molecular Recognition, 2004, Vol. 17, pp. 180–185.
• 29. Young K.D.: The selective value of bacterial shape. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2006, Vol. 70, pp. 660–703.
• 30. Chan C.M., Ko T. M., Hiraoka H., Surface science reports. 1996.