Mikrobielles Wachstum und Adhäsion von Escherichia coli in elastischen Silikonschäumen mit häufig verwendeten Zusatzstoffen

Oct 19, 2023

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 8541 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Silikon wird häufig in Umgebungen verwendet, in denen Wasserabweisung von Vorteil ist. Der Kontakt mit Wasser fördert die Anhaftung von Mikroorganismen und die Bildung von Biofilmen. Abhängig von der Anwendung kann dies das Risiko einer Lebensmittelvergiftung und Infektionen erhöhen, das Aussehen des Materials beeinträchtigen und die Wahrscheinlichkeit von Herstellungsfehlern erhöhen. Die Verhinderung mikrobieller Adhäsion und Biofilmbildung ist auch bei silikonbasierten Elastomerschäumen von entscheidender Bedeutung, die im direkten Kontakt mit menschlichen Körpern verwendet werden, aber oft schwer zu reinigen sind. In dieser Studie wird die mikrobielle Anlagerung in und die Retention aus den Poren von Silikonschäumen unterschiedlicher Zusammensetzung beschrieben und mit denen häufig verwendeter Polyurethanschäume verglichen. Das Wachstum der gramnegativen Escherichia coli in den Poren und deren Auswaschung während der Waschzyklen wird durch Bakterienwachstum/-hemmung, Adhäsionstest und SEM-Bildgebung charakterisiert. Die Struktur- und Oberflächeneigenschaften der Materialien werden verglichen. Trotz der Verwendung üblicher antibakterieller Zusätze haben wir festgestellt, dass unlösliche Partikel in der Silikonelastomerschicht isoliert bleiben und somit die Mikrorauheit der Oberfläche beeinträchtigen. Wasserlösliche Gerbsäure löst sich im Medium auf und scheint dabei zu helfen, das Wachstum planktonischer Bakterien zu hemmen, was ein klarer Hinweis auf die Verfügbarkeit von Gerbsäure auf den Oberflächen von SIFs ist.

Silikon ist ein gut erforschtes Material mit einem breiten Anwendungsspektrum. Dennoch werfen seine antibakteriellen Eigenschaften in bestimmten Anwendungen immer noch Fragen auf. In medizinischen Anwendungen werden silikonbasierte Schäume (SIFs) hauptsächlich als Prothesen1 und moderne Wundauflagen2,3 verwendet und stehen in ständigem Kontakt mit Körpergewebe und Körperflüssigkeiten. Da Umgebungsfeuchtigkeit und Wasser die Bildung von Biofilmen durch die Anhaftung von Mikroorganismen fördern, erhöhen solche Bedingungen zweifellos die Möglichkeit von Infektionen. Ein weiteres schnell wachsendes Anwendungsgebiet für SIFs sind Polsterungen (Sitze, Matratzen, Dichtungen), bei denen ein gelegentlicher Kontakt mit Körperflüssigkeiten, Nahrungsmitteln und Flüssigkeiten sehr wahrscheinlich ist. Polsterschäume haben oft eine offenzellige Struktur, die das Eindringen von Luft, Flüssigkeiten und Mikroorganismen ermöglicht. Da die Bildung von Biofilmen auch das Erscheinungsbild des Materials beeinträchtigt und die Wahrscheinlichkeit von Herstellungsfehlern erhöht4,5, ist die Verhinderung mikrobieller Adhäsion und Biofilmbildung auf Silikonmaterialien unabhängig von deren Anwendung ein wichtiges Thema.

Poly(dimethylsiloxan), z. B. PDMS-basierte Polymere, allgemein bekannt als Silikone, sind nicht von Natur aus antibakteriell. Zusatzstoffe wie Katalysatoren, einschließlich Platin-Nanopartikel6, und andere Spezies mit niedrigem Molekulargewicht, die zwischen Polymerketten eingebaut oder auf das Polymergerüst aufgepfropft sind, können eine antibakterielle Wirkung auf Silikon haben7,8,9. Es wird berichtet, dass eine niedrige Oberflächenspannung und damit eine hohe Hydrophobie einer der Hauptgründe dafür sind, dass PDMS anfällig für Proteinadsorption und Bakterienadhäsion ist10,11. Busscher et al. verglichen Candida albicans und C. Tropicalis und stellten fest, dass je hydrophober die Oberfläche des Mikroorganismus ist, desto eher neigt er dazu, an einer Silikonoberfläche zu haften4. Obwohl das gramnegative Bakterium Escherichia coli in seiner äußeren Membranschicht sowohl hydrophobe als auch hydrophile Bereiche aufweist, gilt seine Oberfläche im Allgemeinen als hydrophil (der Kontaktwinkel für die Benetzung liegt Berichten zufolge im Bereich von 16,7°–24,7°)12,13. Es ist allgemein bekannt, dass die Adhäsion von Mikroorganismen von hydrophoben Wechselwirkungen zwischen der Bakterienzelle und der Polymeroberfläche abhängt13.

Um die Adhäsion hydrophiler Bakterien auf einer hydrophoben Oberfläche zu unterdrücken, wird häufig die Erhöhung der Oberflächenhydrophilie10,14,15 als mögliche Lösung vorgeschlagen. Die Adhäsion von E. coli auf Silikonkathetern nimmt nachweislich um 32 % ab, wenn man antimikrobielles Peptid und Polyvinylpyrrolidon auf ausgehärtetes PDMS aufpfropft, oder sogar um bis zu ~ 95 %, wenn man vinylmodifizierte Methylzellulose16 verwendet, und die Verwendung von Carboxymethylchitosan und Polydopamin führte zu a ≥ 90 % Reduzierung der E. coli-Adhäsion15. Außerdem unterdrückt das Pfropfen von Acrylaten7 auf Silikonkautschuk (Pseudomonas, Katheter) wirksam die unspezifische Proteinadsorption und Zelladhäsion, wodurch die hydrophobe Erholung der Oberfläche unterdrückt wird. Eines der neuesten Werke von McVerry et al. zeigt eine erfolgreiche einstufige hydrophile Oberflächenmodifikation unter Umgebungsbedingungen und unter UV-Licht, um ein zwitterionisches Polymer-Polysulfobetain- und Perfluorphenylazid-Netzwerk auf einer Silikonoberfläche zu erzeugen17. Die berichtete antibakterielle Aktivität war auf die Bildung der Oberflächenhydratationsschicht in Gegenwart der hydrophilen Beschichtung zurückzuführen.

Die oben genannten Oberflächenmodifikationen werden erfolgreich bei monolithischem Silikon durchgeführt, sodass die Oberfläche des Materials gleichmäßig bearbeitet werden kann. Es wird jedoch viel schwieriger, die hochporösen und offenzelligen SIFs mit geringer Dichte in die gesamte Struktur einzupfropfen. Das Eintauchen großer luftgefüllter Volumina wäre umständlich und zeitaufwändig. Auch beim Formen entsteht während des Herstellungsprozesses eine Teilhaut. Am wichtigsten ist, dass die hydrophobe Natur stattdessen bevorzugt wird, um Wasser von der Oberfläche und den Poren abzuhalten, insbesondere bei Polsterungs- und Isolierungsanwendungen. Eine Funktionalisierung seiner Oberfläche mit hydrophilen Gruppen würde seine wasserabweisende Eigenschaft aufheben und somit wie ein schwammartiges Material wirken.

Um die hydrophobe Natur des Materials aufrechtzuerhalten, ist es möglich, lokale antibakterielle Stellen in Form von Partikeln hinzuzufügen und so das Wachstum von Mikroorganismen zu hemmen. Diese Partikel können während der Ausdünnung der Porenwände im Aushärtungs- und Schaumbildungsprozess teilweise an die Oberfläche gelangen, bleiben aber im Material eingebettet. Eine solche Herstellungsmethode basiert auf der Polymerisation und Dispergierung von Komponenten und vermeidet den Einsatz antibakterieller Zusatzstoffe.

Um Silikon antibakterielle Eigenschaften zu verleihen, ist der Einbau verschiedener Silberspezies (Nanopartikel, Salze, Ionen) seit vielen Jahren eine der führenden Forschungsrichtungen18,19,20,21. In Verbindung mit hydrophobem Silikon haben Wundauflagen einen Vorteil bei der Entfernung von Bakterien aus Wunden und wirken gleichzeitig bakterizid2. Anorganische Nanopartikel, Ag, ZnO und TiO2 zeigen eine hohe antibakterielle Wirksamkeit gegen E. coli, ihre Verwendung in wirksamen Konzentrationen verändert jedoch die mechanischen Eigenschaften erheblich20. Für große Materialmengen könnten mehrere kostengünstige Additive und Füllstoffe in die Schaummatrix eingearbeitet werden. Beispielsweise haben Gerbsäure22,23,24, Schungit25, Chitosan26, Glimmer und zinkbasierte27 antibakterielle Aktivität gezeigt.

Die mikrobielle Aktivität auf Silikonschäumen wurde hauptsächlich für kommerzielle Wundauflagen2,19 durch qualitative (z. B. Zonenhemmung) und quantitative (Bakterienlebensfähigkeitstest) Tests untersucht. In Pulverform wurde eine Schüttelkolbenmethode verwendet, um die antibakterielle Aktivität von peroxidgehärteten SIFs hoher Dichte zu testen, wobei die antimikrobielle Wirkung auf toxischen Zusatzstoffen beruht, die aus dem (nach)gehärteten Schaum austreten28. Für verschiedene Wundauflagen wurden die Testergebnisse zur Zonenhemmung mit der Hydrophobie der porösen Materialoberfläche verglichen2. Auch bei ungeschäumten Silikonelastomeren zeigte sich, dass eine unbehandelte poröse Membran keine bakteriostatische oder bakterizide Wirkung zeigt29.

Kürzlich wurde eine standardisierte Methode, ISO 23641:202130, zum Testen flexibler Zellpolymere basierend auf der Schüttelkolbenmethode veröffentlicht und könnte als Leitfaden für die Bewertung der antibakteriellen Wirksamkeit verwendet werden. In einigen Fällen könnte ein vereinfachtes Verfahren ebenso effektiv angewendet werden.

Diese Studie konzentriert sich auf die antimikrobielle Aktivität in Polysiloxanschäumen mit verschiedenen mineralischen und organischen Zusätzen, die leicht verfügbar und somit industriell einsetzbar sind. Zum Vergleich werden Polyurethan-basierte (PU- bzw. PUR-) Schäume und ihre antibakteriellen Aktivitäten bewertet, da PU in den zuvor genannten und vielen weiteren Anwendungen das am häufigsten verwendete Material ist. Es gibt umfangreiche Forschung zu PU-Schaum und seinen antimikrobiellen Zusätzen (in Wundauflagen19, Membranen31, Verbundwerkstoffen31 und Beschichtungen31), aber für SIFs sind viele Forschungsfragen noch unbeantwortet, da sich dieses Gebiet ständig weiterentwickelt. Noch wichtiger ist, dass beide Materialien als Polsterschichten in Sitzen und Matratzen eingesetzt werden. Da Elastomer-Silikonschäume zunehmend an Bedeutung für die Polsterung, Vibrationsdämpfung, Isolierung32 und medizinische Anwendungen gewinnen, steigert die Optimierung ihrer antimikrobiellen Eigenschaften den Wert ihrer ohnehin schon hervorragenden Eigenschaften.

Dieses Experiment zeigt, wie sich die unterschiedlichen Zusatzstoffe im Schaum und der Unterschied im Grundmaterial auf das Bakterienwachstum in der Impfsuspension innerhalb von 24 Stunden bei 25 °C auswirken. Die resultierenden Konzentrationen von E. coli im Luria-Bertani-Medium (LB-Brühe), das die Testwürfel umgibt, sind in Abb. 1 dargestellt. Da der Schaumwürfel in das Medium eingetaucht ist, ist er für die Bakterien und das Trägermedium frei durchlässig. Es wird erwartet, dass sich die E. coli-Konzentration vom reinen, würfellosen Wachstumsmedium und um Würfel herum unterscheidet, was auf eine antibakterielle Wirkung hindeutet. Hierzu wurden die gleichen Tests mit einer reinen Impfmischung (kein Schaum) und einem Standard-Silikonschaum ohne antibakterielle Zusätze (SIF) für den Kontrollexperiment durchgeführt.

Die Schwankungen der E. coli-Konzentrationen im Wachstumsmedium, das die Würfelproben umgibt, und im Medium ohne Schaumprobe. Ein deutlicher Unterschied zu einem Standard-SIF ist bei SIF-CHI (Silikonschaum mit Chitosan-Zusatz) und SIF-TAN (Silikonschaum mit Gerbsäure-Zusatz) zu erkennen. Außerdem weisen beide Schäume auf PUR-Basis im Vergleich zu anderen SIFs (außer SIF-AC mit Aktivkohlezusatz) höhere E. coli-Konzentrationen im Wachstumsmedium auf. SIF-MeC – Silikonschaum mit Methylzellulosezusatz, SIF-SHU – mit Schungitzusatz, PUR-EG/APP – Polyurethanschaum mit Blähgraphit- und Ammoniumpolyphosphatzusatz. Die in dieser Abbildung verwendeten Abkürzungen und Eigenschaften der hergestellten Schäume sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Konzentration von E. coli (c[CFU]) im Wachstumsmedium rund um SIFs mit Aktivkohlezusatz (SIF-AC) am höchsten war. Im Vergleich zum reinen (zusatzstofffreien) SIF ist die E. coli-Konzentration (KBE/ml) im umgebenden Wachstumsmedium von SIF-AC dreifach höher. Dieser signifikante Unterschied in c[CFU] lässt darauf schließen, dass der hydrophile Aktivkohlezusatz die Konzentration des Wachstumsmediums um die Schaumwürfel erhöht. Aktivkohle wird als Adsorptionsmittel beschrieben, das Moleküle aus Flüssigkeiten durch Van-der-Waals-Kräfte bindet, was zu einer höheren Adsorbatkonzentration an der Grenzfläche als in der Hauptflüssigkeit führt33. Daher könnte die Auswirkung auf c[CFU] in Wachstumsmedien rund um SIF-AC auf die erhöhte Anlagerung von Bakterien an der Porenoberfläche des Schaums zurückzuführen sein, was auch auf den SEM-Bildern (Rasterelektronenmikroskop) zu sehen ist (Abschnitt Bildung von Bakterienpopulationen). Obwohl Methylcellulose aufgrund ihrer hydrophilen und wasserlöslichen Beschaffenheit aus dem Polymerverbund diffundieren und sich in LB auflösen kann, hat ihr Einschluss in die SIF-Matrix (in SIF-MeC) im Vergleich dazu keinen signifikanten Einfluss auf die Hemmung des Bakterienwachstums im Medium makelloses SIF. Ein schaumloses Wachstumsmedium führte zu einer um 1/3 log niedrigeren c[CFU] als bei der SIF-Schaumprobe, was darauf hindeutet, dass das Vorhandensein eines SIF-Schaumwürfels die E. coli/LB-Konzentration in 24 Stunden bei 25 °C erhöht.

Die Impfsuspensionen um SIF-SHU mit Schungit-Zusatz führten zu niedrigeren c[CFU]-Werten als bei reinem SIF, obwohl es wichtig ist zu beachten, dass sich die Standardabweichungsbereiche überschneiden; Daher ist der Unterschied möglicherweise nicht signifikant. Da Schungit Berichten zufolge in einem wässrigen Medium antibakterielle Eigenschaften besitzt, erwarteten wir eine Wirkung auf c[CFU]25. SIFs, die das Wachstum von E. coli bei 25 °C deutlich behindern, sind SIF-CHI und SIF-TAN. Im Vergleich zu reinen SIFs scheint der hydrophile Chitosan-Zusatz in SIF-CHI eine deutliche Wirkung bei der Hemmung des Bakterienwachstums im Medium zu haben. Da Chitosan wasserunlöslich ist, ist eine Auflösung aus dem Polymer nicht zu erwarten. Es ist möglich, dass es bis zu einem gewissen Grad aus der Oberfläche herausragt oder von den Schnittseiten des Schaums aus zugänglich ist. Aus früheren Untersuchungen von Qin et al. geht hervor, dass das wasserunlösliche Chitosan eine hemmende Wirkung gegen E. coli hat, da das Wasser als saures Medium fungiert34. Bei SIF-TAN weist eine visuell festgestellte Verfärbung des Wachstumsmediums während der Inokulationsperiode darauf hin, dass Gerbsäure (TA) in das Medium austritt. Die Leckage wird weiter gefördert, indem die Probe geschnitten und TA der Lösung ausgesetzt wird. Da TA eine hochlösliche molekulare Substanz ist, ist eine Vibrationsdiffusion der Moleküle aus einem hydrophoben vernetzten Polymernetzwerk und eine Auflösung in einem wässrigen Medium möglich35. Die SIF-TAN-Schaumprobe zeigte in diesem Test die beste antibakterielle Wirkung unter anderen mit Additiven dotierten Schäumen, was zu einer um 0,5 Logs niedrigeren c[CFU] als bei reinem SIF führte.

Im Allgemeinen wurde die Zelladhäsion an hydrophoben Oberflächen zuvor von McVerry et al. beschrieben. Dies ist auf die unpolare Natur von PDMS und die signifikante Steigerung der antibakteriellen Wirkung zurückzuführen, wenn seine Oberfläche hydrophil modifiziert wird17. Da die Oberfläche von PUR von Natur aus hydrophob ist36, jedoch weniger hydrophob als Silikon, ist mit der Anhaftung und dem Wachstum von Bakterien im umgebenden Medium zu rechnen, wenn die Möglichkeit besteht, die Oberfläche des Materials zur Anlagerung und Vermehrung zu nutzen. Kontaktwinkelmessungen (siehe Ergänzende Daten S1) zeigen, dass, obwohl sowohl SIF als auch PUR hydrophob sind (Θ > 90°), der Wassertropfen PUR- und PUR-EG/APP-Oberflächen effizienter benetzt als SIF- und SIF-AC-Oberflächen. Wir haben beobachtet, dass die Benetzung aufgrund der porösen Beschaffenheit der Schäume mit der Zeit zunimmt.

Trotz eines c[CFU]-Unterschieds von 0,5 log zwischen SIFs und PURs müssen wir auch die Struktur des Schaums berücksichtigen. Nahezu ähnliche Schaumdichten zeigen REM-Aufnahmen vergleichsweise größere Hohlräume in den PURs, was darauf hindeutet, dass die Bakterien über eine geringere Oberfläche verfügen, an der sie haften und sich daher vermehren können. Außerdem könnte die starke Bewegung des Mediums beim Schütteln die Anhaftung von Bakterien behindern. Die entsprechenden Bilder zum Vergleich von Schaumstrukturen finden Sie im Online-Anhang S1 dieses Manuskripts.

Proben, die 24 Stunden lang bei 25 °C (180 U/min) in E. coli/LB geimpft wurden, wurden fünf aufeinanderfolgende Zyklen lang in 1 × PBS gewaschen, um das Adhäsions- und Ablösungsverhalten von Bakterienzellen aus den Poren (Planktonzellen) zu beurteilen. und Porenwände (anhaftende Zellen). Die folgenden Ergebnisse in Abb. 2A,B zeigen, wie unterschiedliche Materialien die Adhäsion und das Wachstum von Bakterien beeinflussen und ob der antibakterielle Zusatzstoff irgendeine Wirkung im Schaum hat. Ab der ersten Wäsche (Waschung I) korreliert die cI[CFU]-Auswaschung mit der c24h[CFU], die für Polyurethane am höchsten und für SIF-TAN/SIF-CHI am niedrigsten ist. Ein Vergleich der c[CFU] von Waschmedien zeigt, dass ein relativ großer Teil der Bakterien beim ersten Waschen herausgelöst wird, was darauf hindeutet, dass der Großteil planktonisch ist, z. B. im Schaum schwimmt. Die Summe der aus dem Schaum ausgewaschenen Bakterien ergibt nicht die Gesamtzahl der Bakterien im Material, da nicht alle Zellen innerhalb von fünf Wäschen freigesetzt werden. Dennoch zeigen die nachfolgenden Wäschen (von Wäsche II–V), dass insgesamt mehr Bakterien vorhanden sind als im umgebenden Medium.

Extraktion der Bakterien aus Würfeln über Waschzyklen: Konzentrationen von E. coli in den sequentiellen Auswaschmedien (KBE/ml PBS). Silikonbasierte Schäume (A) werden aufgrund der unterschiedlichen Porenstruktur von den Polyurethanschäumen (B) getrennt – letztere weisen deutlich größere Hohlräume auf und der Austausch des Mediums wird begünstigt.

Ein steilerer Anstieg am Anfang von Abb. 2 zeigt die Extraktion loser (planktonischer) lebensfähiger Zellen. Wir vermuten, dass das flache Plateau am Ende der Kurven (Waschungen III, IV und V) auf die langsame Ablösung anhaftender Zellen aus den Poren hinweisen könnte (Abb. 2A). Die steilsten Kurven der Wäschen I–III lassen die hochporöse Struktur von PUR und PUR-EG/APP gut erkennen und ermöglichen einen schnelleren Durchgang der Suspension. Im Gegensatz zu PURs sind die Bakterien aus den SIFs schwieriger zu extrahieren. Zu den möglichen Mechanismen gehören die wahrscheinlichere Haftung an den hydrophoberen Oberflächen und die Behinderung der kleineren Porengröße, die die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsaustauschs beim Waschen verringert. Da SIF-TAN nach 24-stündiger Inkubation die niedrigste E. coli-Konzentration im umgebenden Wachstumsmedium aufwies, wird aufgrund der anfänglich weniger vorhandenen Bakterien und der antibakteriellen Wirkung aufgrund des Austretens von TA in die Lösung eine frühe Plateaukurve erwartet.

Uns interessierte auch, ob es zu einem signifikanten Bakterienwachstum im Schaumstoffwürfel kam oder ob es sich bei den Waschergebnissen lediglich um einen Adhäsionseffekt handelte. Eine Möglichkeit bestand darin, zu vergleichen, ob die Anheftung/Adhäsion von E. coli durch die Inokulationsdauer beeinflusst wird. Die Unterschiede zwischen Kurzzeitimpfungen (0 Stunden, sofortiges Auswaschen) und Langzeitimpfungen (24 Stunden) wurden analysiert. Die Zusammenfassung ist in Abb. 3A dargestellt.

(A) Freisetzung von Bakterien aus unberührten SIF-Schäumen bei unterschiedlichen Inokulationsdauern: Schaum 24 Stunden lang inokuliert und Schäume unmittelbar nach dem Inokulationsschritt gewaschen (keine antibakteriellen Zusätze). (B) Dieses Experiment zeigt die Konzentrationsunterschiede, die sich aus unterschiedlichen Wachstumsbedingungen ergeben. Bei Experimenten, die in „AIR“ durchgeführt werden, gibt es keine überschüssige Brühe und kein zusätzliches Belüften/Schütteln. Nach dem 24-Stunden-Zeitraum wurden inokulierte Standard-SIFs auf E. coli-Konzentrationen (KBE/ml) analysiert.

Nach wie vor lässt die steilere Kurve darauf schließen, dass mehr Bakterien locker (planktonisch) und weniger anhaftend sind. Wie erwartet konnten die Bakterien über einen längeren Zeitraum hinweg wachsen, aber auch mit der Oberfläche des Schaumstoffs interagieren. Die Waschkurven nach 24-stündiger Inkubationszeit zeigen eine langsamere Eliminierung aus den Poren als bei sofort ausgewaschenen Bakterien. Ein solches Plateau könnte auf ein allmähliches Ablösungsverhalten vom hydrophoben Material hinweisen.

Um den Wachstumseffekt bei niedriger Luftfeuchtigkeit sowie bei Nährstoffmangel zu veranschaulichen, führten wir einen Test in einer geschlossenen Umgebung bei 25 °C ohne zusätzliche Brühe oder Schütteln durch, gefolgt von fünf aufeinanderfolgenden Wäschen (LUFT-Test, Abb. 3B). Im Vergleich zu der zuvor in dieser Forschung verwendeten Methode, bei der in einem Kolben und LB-Medium im Überschuss inkubiert wurde, führt die Eliminierung von Bakterien aus den Schaumproben zu etwas ähnlichen Kurven der Auswaschkonzentrationen, was darauf hindeutet, dass die Bakterien ausreichend Zeit zum Wachsen haben und vervielfachen, bleibt genügend Zeit, um an der Materialoberfläche zu haften.

Bei allen in dieser Studie verwendeten Silikonschäumen handelt es sich um offenzellige Elastomerschäume auf Polysiloxanbasis. Die Schäume wurden unter Verwendung nicht antibakterieller allgemeiner Füllstoffe hergestellt, die in den Vorpolymeren verteilt waren. Solche Füllstoffpartikel sind unter der Polymerschicht (siehe Abb. 4A) eines makellosen SIF sichtbar. Die Oberfläche mit antibakteriellen Zusätzen unterscheidet sich optisch durch Oberflächenrauheit und Partikelverteilung nur geringfügig vom ursprünglichen SIF, wie im mittleren Bild zu sehen ist (Abb. 4B, SIF-MeC). Obwohl die in SIF-Zusammensetzungen verwendeten allgemeinen Füllstoffe nicht für die Standard-PUR- und PUR-EG/APP-Partikel verwendet wurden, konnten die in dieser Zusammensetzung verwendeten EG- oder APP-Partikel nicht sichtbar über die Oberfläche hinausragen (Abb. 4C).

Bei einem SIF ohne spezifische antibakterielle Zusätze sind erkennbare allgemeine Füllstoffpartikel innerhalb der Schaumwände aufgrund der erhöhten Oberflächenspannung mit einer dünnen Polymerschicht bedeckt (Bild A). Bei SIF-MeC erhöht das Additiv die Oberflächenrauheit, bleibt jedoch unter der Polymerschicht (Bild B). Die glatte Oberfläche und die Hohlstruktur von PUR-EG/APP bieten weniger Angriffsfläche (Bild C).

Antibakteriell wirkende Zusatzstoffe machen einen relativ großen Anteil der Vormischung aus und variieren zwischen 0,3 und 5,0 Gew.-%. Die räumlichen Abmessungen der Partikel im Vergleich zur Porenwanddicke sollten es ermöglichen, dass sie während des Blasprozesses und der daraus resultierenden Wandverdünnung an die Oberfläche/vorstehen. Daher gehen wir davon aus, dass sie das Bakterienwachstum bei teilweisem oder direktem Kontakt mit Bakterien beeinflussen, wenn der Zusatzstoff die Zellmembran stören und Zelllyse und -tod verursachen kann15.

Aufgrund der Synthesebedingungen und der daraus resultierenden Schaumparameter (Wandstärke, Additivgehalt und Partikelabmessungen, vor allem aber Oberflächenspannung) ist es jedoch möglich, dass diese Partikel nicht vollständig an die Oberfläche gelangen und der Großteil mit einer dünnen Polymerschicht bedeckt bleibt . Um dieses Phänomen zu bestätigen, führten wir eine EDX-Analyse der SIF-Oberfläche durch, indem wir uns auf 20 verschiedene Bereiche konzentrierten, um die Elementzusammensetzung der Oberfläche zu erfassen. Die Verteilung der Elemente (Si, C) wird auf den mit der SEM-EDX-Technik erhaltenen Elementkarten dargestellt (Abb. 5).

Die SEM-EDX-Analyse-Elementarkarten des SIF-SHU-Schaumskelettquerschnitts und der Porenoberfläche zeigen eine gleichmäßige Si-Verteilung, was darauf hinweist, dass Silikon auf der Oberfläche der Füllstoffpartikel vorhanden ist. Die Elementarkarte des Querschnitts zeigt bestimmte kohlenstoffdichte Bereiche, die mit den in REM-Bildern sichtbaren Füllstoffpartikeln übereinstimmen. Die Si-Elementarkarte zeigt, dass in gewissem Umfang Silikon auf den Füllstoffpartikeln vorhanden ist. Für SIF-CHI waren die Elementzusammensetzungen wie folgt: C 61,2, O 6,3, Si 32,5 Atom-% und C 76,7, O 5,9, Si 17,4 Atom-%. Für SIF-SHU waren die Elementzusammensetzungen: C 48,9, O 28,8, Si 22,3 Gew.-% und C 61,0, O 27,0, Si 11,9 Atom-%.

Die Ergebnisse der Bildgebung der Zusammensetzung deuten darauf hin, dass die Partikel gut in die Silikonvorpolymere eingearbeitet sind und verwickelte Polymerketten auf der Oberfläche der Additive zurückbleiben. Beispielsweise werden kohlenstoffdichte Schungitbereiche in der Polymermatrix durch die Aufnahme des EDX-Spektrums dargestellt. Einzelheiten zu den EDX-Spektren der SIF-Oberflächenwerte, gemessen in Atom- und Gewichtsprozenten, sind unter den Bildern in Abb. 5 aufgeführt. Obwohl die Elementzusammensetzung der verwendeten Additive hauptsächlich C und H ist, zeigen die SEM-EDX-Ergebnisse für SIF-CHI auch a geringe Stickstoffkonzentration auf der Porenoberfläche.

Unter allen beobachteten Proben neigen die Bakterien nach der 24-stündigen Inkubationszeit (ohne Auswaschungen) dazu, sich in unterschiedlichen Strukturformationen auf der Oberfläche der SIFs anzusiedeln. Eine gleichmäßige Verteilung anhaftender E. coli wird nur auf unberührten SIFs und SIF-AC beobachtet (Abb. 6), was darauf hindeutet, dass die Bakterienadhäsion, die durch die hydrophobe Oberflächeneigenschaft von Silikon begünstigt wird, weniger oder gar nicht stört. Die Bakterien haben sich auch an den Stellen festgesetzt, an denen Füllstoffe vorhanden sind – ohne sichtbares auffälliges Verhalten darauf oder um sie herum (Abb. 6, Bild oben in der Mitte).

Gleichmäßige Verteilung von E. coli auf den Oberflächen von SIF (Bilder A–D) und SIF-AC (E,F). Auf dem Polymer befinden sich mehrere E. coli, darunter bedeckt das Polymer die Füllstoffpartikel (Bilder B, C). Die Bildung von Pili ist auf makellosem SIF sichtbar (Bild D). Bei SIFs mit Aktivkohle bilden die Bakterien agglomerierte Bereiche, was sich deutlich von der Bildung bei Standard-SIF-Oberflächen unterscheidet.

Aktivkohle mit einer großen Oberfläche gilt als hydrophil (je größer die Oberfläche, desto höher die Hydrophilie) und mit hoher Adsorptionskapazität33. Wir fanden bei allen Schäumen mit AC-Zusatz eine gleichmäßige Ausbreitung der Bakterien auf den Porenoberflächen und einige größere Kolonien/Agglomerationen an einzelnen Stellen. Die Bildung von Pili, die hauptsächlich für die Bindung während der Konjugation verantwortlich sind und die Bindung an feste Oberflächen ermöglichen, ist ein Beweis für geeignete Bedingungen für die gramnegativen Bakterien, genetische Informationen auszutauschen und sich zu vermehren (Abb. 6, Bild unten in der Mitte). Die Pili waren in diesen Ausbreitungsformationen selten, in Kolonieclusterformationen jedoch wahrscheinlicher.

Zusätzlich zu ähnlichen Formationen auf SIF und SIF-AC stellten wir ein charakteristisches Verhalten bei Gruppen wasserunlöslicher Zusatzstoffe (Schungit, Chitosan) und wasserlöslicher Zusatzstoffe (Gerbsäure, Methylcellulose) fest. Obwohl Schungit Kohlenstoff in verschiedenen Modifikationen enthält und unlöslich ist, enthält es einige auflösende Komponenten, die antibakterielle Eigenschaften haben25,37. Die SEM-Analyse zeigt, dass sich die Bakterien nur in den äußersten Poren der SIF-SHU-Probe befinden, während die inneren Poren nahezu bakterienfrei sind (Abb. 7). Das Austreten solcher Komponenten aus dem Skelett würde das Fehlen anhaftender Bakterien im Schaum erklären. Anfänglich ist die Konzentration der gelösten Partikel in der Impfsuspension um den Würfel herum geringer, wo die Konzentration an E. coli relativ hoch ist (30,5 ml der gesamten Impfsuspension, davon < 2,7 ml im Würfel).

Aufgrund der Auflösung von Bestandteilen aus Schungit finden sich Bakterien nur in den äußersten Poren der SIF-SHU-Probe (Bilder B,C). In den äußersten Poren finden sich einige agglomerierte Bakterienformationen. Bilder (A) und (B) sind Replikate der verschiedenen Bereiche derselben Probe, und Bild (C) ist eine Vergrößerung von Bild (B).

Proben mit unlöslichem Chitosan-Zusatz (SIF-CHI) zeigen eine ungleichmäßige Verteilung anhaftender E. coli (Abb. 8). Wir fanden in einigen Poren nur wenige Mikroorganismen und die Poren, die näher an den Seiten der Probe lagen, waren ungleichmäßig besiedelt. Auch hier lagen einige Bakterien in Form großer Cluster/Agglomerate vor (Abb. 8, Bild A), bei denen es sich möglicherweise vor der überkritischen Extraktion um planktonische Formen gehandelt hat. Es wurde keine solche Verteilung gefunden, wie sie für unberührtes SIF (Abb. 6) und SIF-AC (Abb. 6) beobachtet wurde.

Chitosan-dotierte Schäume (SIF-CHI) zeigten eine ungleichmäßige Verteilung von E. coli auf der Oberfläche der Poren. Auf den Bildern (A–C) sind einige Gebiete gelegentlich besiedelt, andere sauber und weisen keine bestimmten Formationen auf. Die Bilder (A–C) sind Replikate derselben beobachteten Probe.

Bei dieser Untersuchung haben wir herausgefunden, dass die antibakterielle Wirkung von Methylcellulose (in SIF-MeC) auf der Oberfläche des Materials der von Chitosan (in SIF-CHI) ähnelt (Abb. 9B, C), ihre antibakterielle Wirkung jedoch vernachlässigbar ist das Wachstumsmedium (Abb. 1). Letzteres weist darauf hin, dass Methylcellulose und Chitosan die Adhäsion von Bakterien in den Poren des Silikonschaums beeinflussen.

Die Bildung verschiedener Strukturen auf Oberflächen von SIFs mit hydrophilen Zusätzen: Bakterien als Schichtformationen in SIF-AC (A), gelegentlich verteilte anhaftende Bakterien in SIF-MeC auf einer Oberfläche mit sichtbar erhöhter Rauheit (B) und einzelne große c-Cluster von Bakterien in den Poren von SIF-CHI (C).

Interessanterweise war auf den Porenoberflächen im Schaum mit dem Zusatz von Gerbsäure (TA) keine bakterielle Anhaftung wie oben beschrieben sichtbar. Während der Inkubationszeit unter starker Belüftung (180 U/min) trat hochlösliches TA (Löslichkeit: 2850 g/L Wasser, 1,7 mol/L) aus dem Schaum aus, erkennbar an der Verfärbung der Suspension von gelb nach bräunlich-gelb. Da die Proben vor der Inokulation gefriergeschnitten wurden, könnten sich einige TA-Partikel gelöst und freigelegt haben. In den entsprechenden REM-Bildern (SIF-TAN) fanden wir keine Bakterien an den Porenwänden (Abb. 10). Bei SIF-TAN sind die Poren miteinander verbunden, und angesichts der Größe der E. coli (2–5 µm) konnten sich Bakterien zusammen mit dem flüssigen Medium frei im Hohlraum des Schaumwürfels bewegen. Da es keine sichtbare Oberflächenbesiedlung gibt, gehen wir davon aus, dass die beim Waschen ausgetretenen Bakterien in der Impfsuspension schwammen und sich vermehrten (z. B. planktonisch blieben). Der planktonische Lebensstil von Mikroorganismen unter ähnlichen Bedingungen wurde auch von Tan et al.38 vorgeschlagen.

Keine Bakterien auf der Oberfläche einer Pore in SIF mit einem TA-Zusatz von 0,5 Gew.-%. In den Bildern (B) und (C) ist kein E. coli vorhanden, es sind jedoch Rückstände von Füllstoffpartikeln auf der Porenoberfläche zu finden. Bilder (A) und (B) sind Nachbildungen der verschiedenen Bereiche der Probe, und Bild (C) ist eine Vergrößerung von Bild (B).

Im Vergleich zu den SIFs hatten die analysierten PURs niedriger Dichte (PUR und PUR-EG) deutlich weniger Oberfläche zum Anhaften und die Struktur ist hohler (Abb. 11, obere Reihe). Interessanterweise haben sich während des Schäum- und Aushärtungsprozesses fadenförmige Brücken aus dem PU-Material über die Porenränder gebildet, an denen sich die meisten E. coli angelagert haben. Während das Impf-/Wachstumsmedium durch die Kanäle fließt, heften sich die Planktonbakterien an diese Stellen, was zur Bildung größerer Kolonien führt. Wir haben keine Hinweise auf eine solche Aktivität in SIFs gefunden. Bei PUR-EG-Schäumen, feuerhemmenden Polyurethanschäumen mit EG (Peelinggraphit) und APP (Ammoniumpolyphosphat), stellten wir fest, dass die meisten/alle Bakterien große Kolonien bildeten und fast keine auf der Oberfläche des Zellmaterials (Abb. 11, unten). Reihe). Diese Formationen liegen nebeneinander. Wie bei PUR hat sich auch E. coli an Materialbrücken der Verbindungsporen festgesetzt.

Polyurethanschäume (PUR, Bilder A–C und PUR-EG/APP, Bilder D–F) weisen eine ausgeprägte Hohlstruktur auf. Der Großteil der Bakterien hat sich an den fadenförmigen Gebilden entlang der Porenhohlräume festgesetzt (Bilder A,B,F). Bei PURs im Allgemeinen werden mehrere große bakterielle Formationen von E. coli gefunden, die in SIFs nicht vorherrschend sind.

Die in den Tests verwendeten Schaumstoffproben wurden im Spritzgussverfahren hergestellt. Ausgewählte Zusatzstoffe wurden in Silikonzusammensetzungen eingebracht, um die Wirkung von Zusatzstoffen auf das Bakterienwachstum in Schäumen im Gegensatz zu einer flachen, nicht porösen Oberfläche zu bewerten.

Für die SIF-Synthese wurden Vorpolymermischungen unter Verwendung von Vinyl- und Hydroxyl-terminierten Poly(dimethylsiloxanen) (5000 cSt), 100 % wasserstofffunktionalisiertem Poly(methylhydro)siloxan (25–35 cSt) und Karstedts Katalysator (Platin( 0)-1,3-Divinyl-1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan, 0,05 % Pt), die von Hubei Chem erhalten wurden, und Wasser der MilliQ-Qualität. Der Moderator SIT7900.0 (1,3,5,7-Tetravinyl-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxan) und der allgemein verstärkende Füllstoff HMDZ behandelte pyrogene Kieselsäure SIS6962.0 (LOT-Nr. 11698972251) wurden von Gelest Inc. sowie Muskovit-Glimmer erhalten von OMYA, Norwegen (geliefert von Virk OÜ, verwendet wie erhalten).

Die resultierenden offenzelligen Schaumstoffdichten lagen im Bereich von 80–175 kg/m3 und wurden in rechteckige Stücke von 1,3 × 1,4 × 1,5 cm3 (Volumen 2,7 cm3) geschnitten. Die Porosität des Schaums wurde aus der Schaumdichte berechnet, wobei die Schüttdichte des Silikonkomposits 1 g/cm3 betrug. Als Referenz wurden zwei Polyurethanschäume aus der industriellen Produktion von Estelaxe OÜ mit der gleichen Methode verglichen. Die Liste der Testschäume ist in Tabelle 1 zu finden, zusammen mit Strukturinformationen zu organischen Additivmolekülen in Abb. 12.

Molekulare Strukturen für Chitosan (A), Methylcellulose (B) und Tanninsäure (C).

In allen Experimenten wurde der Testorganismus Escherichia coli (E. coli) Nissle-Stamm verwendet. Luria-Bertani-Nährbrühe (LB) und 0,1 M Phosphatpuffer-Kochsalzlösung (1XPBS) wurden vom Institute of Technology der Universität Tartu hergestellt. Formaldehydlösung (37 %) zur Zellfixierung wurde von Panreac AppliChem bezogen. Estelaxe OÜ stellte die PU-basierten Schaumproben zur Verfügung, und die Proben auf Polysiloxanbasis wurden intern synthetisiert.

Die Präpolymermischungen wurden unter Verwendung eines eigenständigen Mischers mit einem PTFE-beschichteten Rotationsmesser hergestellt. Die Komponenten der Vormischungen wurden in zwei unterschiedliche Teile getrennt, von denen einer den Katalysator und den Moderator enthielt und der andere neben anderen funktionalisierten Vorpolymeren auch Hydrid enthielt. Beide Komponenten wurden separat gemischt, dann gemischt und mit einem im Labor entwickelten Spritzgussgerät injiziert, wodurch ein Gesamtvolumen von 500 ml Vormischung pro Schaumprobe abgegeben wurde.

Eine Öse der E. coli-Kultur wurde in die Standard-LB-Brühe in einem Glasfläschchen überführt, das mit einer flammensterilisierten Metallkappe verschlossen war. Die vorbereitete E. coli-Zellsuspension wurde 20 Stunden lang bei 37 °C und einer Schüttelgeschwindigkeit von 180 U/min inkubiert.

Vor der Inokulation wurde eine Sterilisation der Schaumproben in einem Vakuumofen (Memmert) bei 200 °C und 3 mbar für 60 Minuten im Erlenmeyerkolben mit einem Aluminiumfoliendeckel als Dichtung durchgeführt, um eine Kontamination durch Luft zu vermeiden. Zur Beimpfung der Schaumproben wurde eine Mischung aus 30 ml sterilem LB-Medium und 0,5 ml E. coli-Vorkultur hergestellt. Die anfängliche Konzentration des Wachstumsmediums betrug ungefähr (0,5…1) × 108 KBE/ml, bestimmt durch Ausplattierungsverdünnungen und Zählung der Kolonien in dreifacher Ausfertigung. Der in dieser Untersuchung verwendete Silikonschaum hatte eine geringe Dichte (85–175 kg/m3), kleine Poren (Durchmesser < 1 mm) und war von Natur aus stark hydrophob. Daher war es notwendig, die Schaumproben durch Eintauchen und Ausdrücken in die vorbereitete E. coli/LB-Mischung zu entlüften, damit die Bakterien durch die offene Struktur fließen konnten. Das Zusammendrücken erfolgte mit einer sterilisierten Metallpinzette in der Nähe der Flamme, um in der Luft befindliche Bakterien abzutöten. Die Kolben mit den Proben und der E. coli/LB-Suspension wurden 24 Stunden lang bei 25 °C und 180 U/min geschüttelt.

Zunächst wurden Aliquote aus dem 24-Stunden-Wachstumsmedium rund um die Schaumwürfel gesammelt. Darüber hinaus folgte eine Reihe von Waschgängen, um die Bakterien aus der Schaumprobe zu entfernen. Jeder Schaumwürfel wurde in einen sterilen Erlenmeyerkolben mit 30 ml 1 × PBS (Phosphatpuffer-Kochsalzlösung) überführt und anschließend einem 10-minütigen Waschzyklus bei 25 °C und 180 U/min unterzogen. Zur weiteren Analyse wurde eine Probe aus jedem Waschgang (PBS und extrahierte Bakterien) entnommen. Dieser Schritt wurde wiederholt, bis 5 Wäschen durchgeführt wurden.

Wir analysierten alle anfänglichen 24-Stunden-Wachstumsmedien und nachfolgenden Waschmedien, um die Bakterienkonzentrationen zu bestimmen. OD600 wurde mit einem UV/VIS-Spektrophotometer (Ultrospec 7000, Biochrom) bestimmt, um die Zelldichte der Waschproben zu bewerten. Die Proben wurden in jedem Schritt unter Verwendung von 1 × PBS zehnfach serienverdünnt. 100 µL der Verdünnungen wurden auf die LB-Agarplatte ausplattiert und über Nacht bei 37 °C inkubiert. Die Bakterienkolonien wurden gezählt und die Anfangskonzentrationen unter Berücksichtigung spezifischer Verdünnungsfaktoren berechnet. Die antibakterielle Aktivität/Wirksamkeit lässt sich anhand des verringerten Bakterienanteils unter Berücksichtigung der Bakterienkonzentration des schaumlosen Inokulums erkennen.

Für jede spezifische Zusammensetzung wurde nach 24 Stunden ein Satz Schaumwürfel aus den Impfsuspensionen entfernt. Die Würfel wurden zur Zellfixierung in 3,7 % Formaldehyd in 1 × PBS-Lösung getaucht und zur weiteren Analyse bei +4 °C aufbewahrt. Es wurde ein schrittweiser Austausch der FA/PBS-Lösung in den Poren des Schaums gegen Ethanol (99,5 %) durchgeführt, z. B. eine serielle Dehydratisierung. Die Schaumproben wurden in jeder Lösung mindestens 2 Stunden lang aufbewahrt – in 40, 50, 60, 70, 80, 90 und 96 Vol.-% Ethanol. Zusätzlich über Nacht in 99,5 Vol.-% Ethanol und nochmals 99,5 Vol.-% zur Lagerung.

Der überkritische CO2-Extraktionsprozess, ein notwendiger Schritt zur Vorbereitung der Zellen für die Bildgebung, wurde unter Verwendung eines Trockners für kritische Punkte (E3100, Quorum Technologies) und eines Thermostats (Proline RP 1845, LAUDA) durchgeführt. Zur Abbildung der Querschnitte unter REM (Hitachi TM3000, 15 kV) wurden die Proben mit einem Skalpell gefriergeschnitten und mit einer 7,5 nm dicken Goldschicht durch Sputtern beschichtet.

Die SEM-EDX-Technik wurde angewendet, um die Elementverteilung abzubilden und die Oberflächenzusammensetzung von Schaumstoffmaterialien zu erfassen. Für EDX wurde SwiftED3000 (Oxford Instruments) in Kombination mit SEM (Hitachi TM3000) verwendet. Die Elementzusammensetzungen wurden analysiert, indem Daten von 20 Punkten gesammelt wurden, und die Ergebnisse wurden gemittelt.

Die Hydrophilie der Schaumstoffmaterialien wurde durch Messung des Kontaktwinkels zwischen Wassertröpfchen und der Oberfläche des Polymerschaums sowie der hautähnlichen Schicht, die sich beim Formen bildet, bewertet. Zu diesem Zweck wurden Wassertropfen auf drei verschiedenen Flächen angebracht. Bei den Ergebnissen handelt es sich um den Mittelwert aus drei Messungen an unterschiedlichen Polymerfolienteilen. Die Ergebnisse sind im Supplementary S1 zusammengefasst.

Die antibakterielle Aktivität verschiedener Silikonschäume im Vergleich zu Polyurethanschäumen wurde durch Beimpfen der Schäume mit gramnegativen E. coli, einem der häufigsten pathogenen Organismen, die in Matratzen und Sitzkissen vorkommen, bewertet. Verschiedene Flüssigkeiten, meist begleitet von Mikroorganismen, neigen dazu, während der wiederholten Kompression, die ihre Anwendung kennzeichnet, in die Poren des Materials einzudringen. Daher eignet sich die von uns angewandte quantitative Methode zur Beschreibung des Bakterienwachstums in elastischen und dreidimensionalen Strukturen unter Bedingungen, bei denen ein Überschuss an Trägermedium verfügbar ist und die planktonischen Bakterien frei an der Oberfläche haften können.

Wir haben uns auf den Vergleich der antimikrobiellen Aktivität der im Handel erhältlichen und kostengünstigen natürlichen Zusatzstoffe konzentriert, die in die Polymermatrix integriert sind, da das Eintauchen oder Tauchbeschichten des Endprodukts etwas umständlich ist. Aus den Ergebnissen dieser Studie lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:

Während der Großteil der Außenmembran von E. coli hydrophil ist, reicht die Kombination aus teilweiser Hydrophobie und SIF-Oberflächenmikrorauheit aus, um die Anlagerung der Bakterien zu ermöglichen;

Die antimikrobielle Wirkung oder das Fehlen einer solchen könnte durch die dünne Polymerschicht erklärt werden, die die Additivpartikel bedeckt, von denen erwartet wird, dass sie als antibakterielle Stellen wirken.

Obwohl die Additivpartikel mit einer dünnen Silikonschicht bedeckt sind, beeinträchtigen die in Vorpolymeren eingearbeiteten wasserunlöslichen hydrophilen Additive die Anlagerung von E. coli an der Oberfläche des Schaums durch eine erhöhte Oberflächenrauheit;

Wasserlösliche Zusatzstoffe wie Gerbsäure zeigen beim Lösen aus der Polymermatrix eine erhebliche antibakterielle Wirkung;

Während der 24-stündigen Inkubationszeit neigen die gramnegativen Bakterien E. coli eher dazu, an Elastomeroberflächen auf Polysiloxanbasis zu haften als an Schaumstoff auf Polyurethanbasis. Allerdings ist die Bakterienkonzentration im Umgebungsmedium des ursprünglichen Polysiloxans geringer als bei einem Standard-Polyurethan.

Wir kommen zu dem Schluss, dass durch die Verwendung kostengünstiger natürlicher Additive ohne Tauchbeschichtung, aber mit anfänglicher Einarbeitung in die Polymermatrix, die Bildung eines mikrobiellen Biofilms auf der Oberfläche von Silikonschäumen vermieden werden kann. Für zukünftige Forschung wäre es wichtig, die Schwankungen des Füllstoffgehalts in dem Bereich zu analysieren, in dem die mechanischen Eigenschaften des Elastomers für eine gewünschte Anwendung akzeptabel sind.

Die Datensätze, die die Schlussfolgerungen dieses Artikels unterstützen, sind im Artikel und seinen Zusatzdateien enthalten. Die zusätzlichen REM-Bilder, die während der aktuellen Studie verwendet und/oder analysiert wurden, sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

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Diese Forschung war Teil eines von SA Archimedes (Grant No. 2014-2020.4.02.19-0155) unterstützten Entwicklungsprojekts vom 8. Mai 2019 bis 7. Mai 2022. Wir danken Marje Kasari für ihre wertvollen Erkenntnisse bei der Auswahl der Methodik.

Institut für Technologie, Universität Tartu, Nooruse 1, 50411, Tartu, Estland

Ingrid Rebane, Hans Priks, Karl Jakob Levin, İsmail Sarigül, Urmas Johanson, Tanel Tenson & Tarmo Tamm

Institut für Chemie, Universität Tartu, Ravila 14a, 50411, Tartu, Estland

Uno Mäeorg

Estelaxe OÜ, Parksepa, Estland

Peeter Piirimägi

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IR war für die Untersuchung und formale Analyse der Ergebnisse und das Verfassen des Manuskripts verantwortlich. IR und KJL bereiteten die Proben vor, TT, HP, IS und IR waren für die Entwicklung der Methodik verantwortlich, TT, TT, HP, UM und UJ konzipierten und überwachten die Forschungsarbeit und TT und PP stellten Ressourcen bereit. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Ingrid Rebane.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Rebane, I., Priks, H., Levin, KJ et al. Mikrobielles Wachstum und Adhäsion von Escherichia coli in Elastomer-Silikonschäumen mit häufig verwendeten Zusatzstoffen. Sci Rep 13, 8541 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35239-9

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Eingegangen: 30. Januar 2023

Angenommen: 15. Mai 2023

Veröffentlicht: 26. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35239-9

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