Antifouling Electrospun Nanofiber Mats Functionalized with Polymer Zwitterions

纳米纤维 生物污染 材料科学 纤维素 两性离子 化学工程 涂层 聚合物 结垢 细菌纤维素 接触角 表面改性 高分子化学 复合材料 化学 有机化学 分子 生物化学 工程类
作者
Kristopher W. Kolewe,Kerianne M. Dobosz,Katrina A. Rieger,Chia‐Chih Chang,Todd Emrick,Jessica D. Schiffman
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:8 (41): 27585-27593 被引量:77
标识
DOI:10.1021/acsami.6b09839
摘要

In this study, we exploit the excellent fouling resistance of polymer zwitterions and present electrospun nanofiber mats surface functionalized with poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) (polyMPC). This zwitterionic polymer coating maximizes the accessibility of the zwitterion to effectively limit biofouling on nanofiber membranes. Two facile, scalable methods yielded a coating on cellulose nanofibers: (i) a two-step sequential deposition featuring dopamine polymerization followed by the physioadsorption of polyMPC, and (ii) a one-step codeposition of polydopamine (PDA) with polyMPC. While the sequential and codeposited nanofiber mat assemblies have an equivalent average fiber diameter, hydrophilic contact angle, surface chemistry, and stability, the topography of nanofibers prepared by codeposition were smoother. Protein and microbial antifouling performance of the zwitterion modified nanofiber mats along with two controls, cellulose (unmodified) and PDA coated nanofiber mats were evaluated by dynamic protein fouling and prolonged bacterial exposure. Following 21 days of exposure to bovine serum albumin, the sequential nanofiber mats significantly resisted protein fouling, as indicated by their 95% flux recovery ratio in a water flux experiment, a 300% improvement over the cellulose nanofiber mats. When challenged with two model microbes Escherichia coli and Staphylococcus aureus for 24 h, both zwitterion modifications demonstrated superior fouling resistance by statistically reducing microbial attachment over the two controls. This study demonstrates that, by decorating the surfaces of chemically and mechanically robust cellulose nanofiber mats with polyMPC, we can generate high performance, free-standing nanofiber mats that hold potential in applications where antifouling materials are imperative, such as tissue engineering scaffolds and water purification technologies.
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