一般的に使用される添加剤を含むエラストマーシリコーンフォームにおける微生物の増殖と大腸菌の付着

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8541 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

シリコーンは、撥水性が求められる環境でよく使用されます。 水との接触により、微生物の付着とバイオフィルムの形成が促進されます。 用途によっては、食中毒や感染症の可能性、材料の外観の劣化、製造上の欠陥の可能性が高まる可能性があります。 微生物の付着とバイオフィルムの形成の防止は、人体と直接接触して使用されるが洗浄が難しいシリコーンベースのエラストマーフォームにとっても不可欠です。 この研究では、さまざまな組成のシリコーンフォームの細孔内での微生物の付着と細孔からの滞留が説明され、一般的に使用されるポリウレタンフォームの細孔と比較されます。 洗濯サイクル中の細孔内でのグラム陰性大腸菌の増殖とその浸出は、細菌の増殖/阻害、接着アッセイ、および SEM イメージングによって特徴付けられます。 材料の構造特性と表面特性が比較されます。 一般的な抗菌添加剤を使用しているにもかかわらず、不溶性粒子がシリコーンエラストマー層内で孤立したままとなり、表面の微細粗さに影響を与えることがわかりました。 水溶性タンニン酸は培地に溶解し、浮遊細菌の増殖の阻害に役立つと思われ、SIF の表面でタンニン酸が利用可能であることが明確に示されています。

シリコーンは、幅広い用途を持つよく研究された材料です。 それにもかかわらず、特定の用途におけるその抗菌特性には依然として疑問が生じています。 医療用途では、シリコーンベースのフォーム (SIF) は主にプロテーゼ 1 および最新の創傷被覆材 2、3 として使用され、体組織や体液と常に接触しています。 環境の湿度と水は微生物の付着によるバイオフィルムの形成を促進するため、そのような条件は間違いなく感染の可能性を高めます。 SIF のもう 1 つの急速に成長している応用分野は、体液、食品、液体と時折接触する可能性が高いクッション (シート、マットレス、ガスケット) です。 クッションフォームは多くの場合、空気、液体、微生物の浸透を可能にする連続気泡構造を持っています。 バイオフィルムの形成は材料の外観を劣化させ、製造上の欠陥の可能性を高めるため4,5、シリコーン材料上の微生物の付着とバイオフィルムの形成の防止は、その用途に関係なく重要な課題です。

ポリ（ジメチルシロキサン）、例えば一般にシリコーンとして知られるＰＤＭＳベースのポリマーは、本質的に抗菌性ではない。 白金ナノ粒子 6 を含む触媒や、ポリマー鎖間に組み込まれた、またはポリマー主鎖にグラフトされたその他の低分子量種などの添加剤は、シリコーン抗菌活性を与える可能性があります 7、8、9。 表面張力が低く、したがって疎水性が高いことが、PDMS がタンパク質の吸着や細菌の付着を起こしやすい主な理由の 1 つであると報告されています 10,11。 たとえば、Busscher et al. カンジダ・アルビカンスとカンジダ・トロピカリスを比較したところ、微生物の表面が疎水性であればあるほど、シリコン表面に付着しやすいことが分かりました4。 グラム陰性菌である大腸菌は外膜層に疎水性領域と親水性領域の両方を持っていますが、その表面は一般に親水性であると考えられています（濡れの接触角は16.7°〜24.7°の範囲であると報告されています）12,13。 微生物の付着は細菌細胞とポリマー表面の間の疎水性相互作用に依存することが一般に理解されています13。

疎水性表面への親水性細菌の付着を抑制するために、表面の親水性を高めることが可能な解決策として提案されることがよくあります10、14、15。 シリコーンカテーテルへの大腸菌の付着は、硬化した PDMS に抗菌ペプチドとポリビニルピロリドンをグラフトすることによって 32% 減少することが示されており、ビニル修飾メチルセルロースを使用することによって最大 95% まで減少することが示されています 16。また、カルボキシメチルキトサンとポリドーパミンを使用すると、大腸菌の付着が 90% 以上減少15。 また、シリコーンゴム（シュードモナス属、カテーテル）にアクリレート7をグラフトすることにより、非特異的なタンパク質の吸着や細胞接着を効果的に抑制し、表面の疎水性回復を抑制します。 McVerry らによる最新の研究の 1 つ。 は、周囲条件および UV 光下での 1 段階の親水性表面改質に成功し、両性イオンポリマーポリスルホベタインおよびパーフルオロフェニルアジドのネットワークをシリコーン表面上に作成することに成功したことを示しています。 報告された抗菌活性は、親水性コーティングの存在下での表面水和層の形成によるものでした。