电纺聚苯胺涂层表面浸润性和表面荷电对微生物附着的影响

doi:10.7503/cjcu20220615

摘要/Abstract

摘要：

材料表面浸润性和表面荷电对微生物在材料表面的附着有着非常重要的影响. 本文采用静电纺丝法在不锈钢电极表面分别制备了疏水和亲水的聚苯胺纤维涂层, 利用电化学阻抗谱监测大肠杆菌在两种聚苯胺纤维涂层表面的附着情况. 结果表明, 亲水表面有利于抑制大肠杆菌的附着. 通过电化学极化使亲水表面分别带正电荷和负电荷, 利用平板涂布计数法研究了不同极化时间下两种荷电表面的抑菌率, 发现无论正电荷还是负电荷都有利于抑制微生物附着, 而且二者没有明显差异. 在相同的阴极极化条件下, 亲水和疏水的聚苯胺纤维涂层抑菌性能相差不大, 说明对于电纺聚苯胺涂层抑制细菌附着而言, 电化学极化的影响大于表面浸润性的影响.

关键词: 表面浸润性, 表面电荷, 大肠杆菌, 电化学交流阻抗谱, 抑菌率

Abstract:

The surface wettability and surface charge of the materials have a very important influence on the attachment of microorganisms to the material surfaces. In this paper， two kinds of polyaniline fiber coatings， hydrophobic and hydrophilic， were prepared on the surface of stainless steel electrodes by electrospinning. Electrochemical impedance spectroscopy was used to monitor the adhesion of Escherichia coli（E. coli） on the surfaces of the two polyaniline fiber coatings， and the results showed that the hydrophilic surface was beneficial to inhibit the adhesion of E. coli. Further， the hydrophilic surface was positively and negatively charged， respectively， by electrochemical polarization， and the bacteriostatic rate of two kinds of charge surface under different polarization times were studied by plate count method， and it was found that both positive and negative charges were beneficial to inhibit the attachment of microorganisms， and there was no significant difference between them. Moreover， under the same cathodic polarization conditions， the antibacterial properties of hydrophilic and hydrophobic polyaniline fiber coatings were not much different， indicating that the effect of electrochemical polarization on the inhibition of bacterial adhesion by electrospun polyaniline coatings is greater than that of surface wettability.

Key words: Surface wettability, Surface charge, Escherichia coli, Electrochemical impedance spectroscopy, Bacteriostatic rate

中图分类号:

O633

TrendMD:

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图/表 14

Fig.1 SEM images of electrospun PANI⁃PS coating(A) and PANI⁃PS⁃PMMA coating(B)The insets show the water contact angles of the corresponding coatings.

Fig.2 Nyquist diagrams(A—C) and Rct⁃t curves(D—F) of different PANI coatings after being immersed in E. coli dispersion system（A， D） Stainless steel；（B， E） electrospun PANI-PS coating；（C， F） electrospun PANI-PS-PMMA coating.

Fig.3 Equivalent circuit model for stainless steel(A) and stainless steel coated with electrospun PANI flims(B)

Table 1 Accuracy of EIS-Rct fitting for different PANI coatings

Polarization time/min	Stainless steel		PANI⁃PS coating		PANI⁃PS⁃PMMA coating
Polarization time/min	R_ct/（Ω·cm²）	Error（%）	R_ct/（Ω·cm²）	Error（%）	R_ct/（Ω·cm²）	Error（%）
0	3631	0.05880	2510	0.05910	2820	0.09873
10	4039	0.09369	3131	0.04220	2996	0.09898
20	5059	0.07569	3482	0.08470	3075	0.09013
30	5328	0.04640	3964	0.05840	3146	0.09304
40	5678	0.05633	4187	0.09220	3220	0.09938
50	6067	0.04403	4199	0.065010	3288	0.09626
60	7506	0.06595	4257	0.08050	3532	0.07072
80	7809	0.03907	4270	0.06660	4077	0.08332
120	7955	0.04920	4279	0.03706	4099	0.09698
150	8013	0.04930	4582	0.09720	4122	0.06966
180	8407	0.05910	4942	0.01258	4549	0.09638
240	8773	0.07961	5401	0.09760	4632	0.09015
300	9561	0.07645	5457	0.03038	5007	0.06742

Fig.4 ΔRct⁃t curves of E. coli adhesion on different surfaces with increasing adhesion time

Fig.5 LSV of PANI⁃PS⁃PMMA coating in 0.9% NaCl solution from -1.5 V to 0.8 V with a scan rate of 0.01 V/s(A) and differential capacitance curve of PANI⁃PS⁃PMMA coating(B)

Fig.6 Photographs of E. coli incubated on agar plates from dilute solution collected by rinsing PANI⁃PS⁃PMMA surface at 0.4 V(A—F) and -0.4 V(A′—F′) with polarization time of 0 min(A, A′), 1 min(B, B′), 2 min(C, C′), 3 min(D, D′), 5 min(E, E′) and 10 min(F, F′)

Fig.7 Bacteriostatic rate of PANI⁃PS⁃PMMA coating for E. coli as a function of polarization time

Fig.8 Photographs of E.coli incubated on agar plates from dilute solution collected by rinsing PANI⁃PS⁃PMMA coating(A—F) and PANI⁃PS coating(A′—F′) at zero charge potential(0.1 V) with polarization time of 0 min(A, A′), 1 min(B, B′), 2 min(C, C′), 3 min(D, D′), 5 min(E, E′) and 10 min(F, F′)

Fig.9 Bacteriostatic rate for E. coli of PANI⁃PS⁃PMMA and PANI⁃PS coatings at the polarization voltage of 0.1 V(A) and of PANI⁃PS⁃PMMA coating with different charges(B) as a function of polarization time

Fig.10 Photographs of E.coli incubated on agar plates from dilute solution collected by rinsing PANI⁃PS⁃PMMA coatings(A—F) and PANI-PS coatings(A′—F′) at -0.4 V with polarization time of 0 min(A, A′), 1 min(B, B′), 2 min(C, C′), 3 min(D, D′), 5 min(E, E′) and 10 min(F, F′)

Fig.11 Bacteriostatic rate for E. coli of PANI⁃PS⁃PMMA and PANI⁃PS coatings varies with polarization time at the polarization voltage of -0.4 V

Fig.12 Photographs of E. coli incubated on agar plates from dilute solution collected by rinsing PANI⁃PS⁃PMMA coating(A—F) and PANI⁃PS coating(A—F′) at 0.4 V with polarization time of 0 min(A, A′), 1 min(B, B′), 2 min(C, C′), 3 min(D, D′), 5 min(E, E′) and 10 min(F, F′)

Fig.13 Bacteriostatic rate for E. coli of PANI⁃PS⁃PMMA and PANI⁃PS coatings varies with polarization time at the polarization voltage of 0.4 V

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