(SI-ATRP)シードポリマーブラシ表面のナノスケール特性と抗菌特性

Nanoscale Characteristics and Antimicrobial Properties of (SI-ATRP)-Seeded Polymer Brush Surfaces.

• Yoo Jin Oh
• Essak S Khan
• Aránzazu Del Campo
• Peter Hinterdorfer
• Bin Li

抄録

微生物抵抗性コーティングは、バイオテクノロジー産業や臨床シナリオにおいて、特に移植医療機器における感染症の拡大に対抗するために大きな関心を集めています。表面に共有結合的に取り付けられたポリマーブラシは、細菌と表面の相互作用を定量化することにより、細菌の沈降を防止するための理想的な組成物を特定するための有用なプラットフォームを表しています。本研究では，正電荷のポリ[2-(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムクロライド]（PMETAC），負電荷のポリ(3-スルホプロピルメタクリレートカリウム塩)（PSPMA），中性のポリ(2-ヒドロキシエチルメタクリレート)（PHEMA）の異なる電荷を持つ一連のポリマーブラシを，水溶液中での表面原子移動ラジカル重合によりガラス表面にグラフトした。グラム陰性菌に対する高分子ブラシの抗菌活性を、ナノレベルではnmから100μmまで、ミクロレベルではmsから24時間までの異なる時間スケールで試験した。ポリマーブラシとの間の相互作用は、単一細胞力分光法（SCFS）および細菌懸濁液でインキュベートした表面上の細菌密度の定量化によって研究された。化学的に制御可能なポリマーブラシを用いた細菌接着の研究は、細菌表面の相互作用と細菌接着の起源についての本質的な洞察を提供している。

Microbial resistant coatings have raised considerable interest in the biotechnological industry and clinical scenarios to combat the spreading of infections, in particular in implanted medical devices. Polymer brushes covalently attached to surfaces represent a useful platform to identify ideal compositions for preventing bacterial settlement by quantifying bacteria-surface interactions. In this work, a series of polymer brushes with different charges, positively charged poly[2-(methacryloyloxy)ethyl trimethylammonium chloride] (PMETAC), negatively charged poly(3-sulfopropyl methacrylate potassium salt) (PSPMA), and neutral poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) were grafted onto glass surfaces by surface-initiated atom transfer radical polymerization in aqueous conditions. The antimicrobial activity of the polymer brushes against Gram-negative was tested at the nano- and microscopic level on different time scales, that is, from nm to 100 μm, and ms to 24 h, respectively. The interaction between the polymer brushes and was studied by single-cell force spectroscopy (SCFS) and by quantification of the bacterial density on surfaces incubated with bacterial suspensions. firmly attached to positive PMETAC brushes with high work required for de-adhesion of 28 ± 9 nN·nm, but did not significantly bind to negatively charged PSPMA and neutral PHEMA brushes. Our studies of bacterial adhesion using polymer brushes with controllable chemistry provide essential insights into bacterial surface interactions and the origins of bacterial adhesion.