Hybrid “Kill and Release” Antibacterial Cellulose Papers Obtained via Surface-Initiated Atom Transfer Radical Polymerization

原子转移自由基聚合 纤维素 材料科学 化学工程 接触角 共聚物 抗菌活性 生物相容性 纳米技术 高分子化学 化学 核化学 细菌 聚合物 有机化学 复合材料 工程类 生物 遗传学
作者
Bhaskarchand Gautam,Syed Atif Ali,Jiun‐Tai Chen,Hsiao‐hua Yu
出处
期刊:ACS applied bio materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (11): 7893-7902 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsabm.1c00817
摘要

Infectious diseases triggered by bacteria cause a severe risk to human health. To counter this issue, surfaces coated with antibacterial materials have been widely used in daily life to kill these bacteria. The substrates enabled with a hybrid kill and release strategy can be employed not only to kill the bacteria but also to wash them using external stimuli (temperature, pH, etc.). Utilizing this concept, we develop thermoresponsive antibacterial-cellulose papers to exhibit hybrid kill and release properties. Thermoresponsive copolymers [p(NIPAAm-co-AEMA)] are grafted on cellulose papers using a surface-initiated atom transfer radical polymerization approach for bacterial debris release. Later for antibacterial properties, silver nanoparticles (AgNPs) are immobilized on thermoresponsive copolymer-grafted cellulose papers using electrostatic interactions. We confirm the thermoresponsive copolymer grafting and AgNP coating by attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and scanning electron microscopy. Thermoresponsiveness and reusability of the modified cellulose papers are confirmed through water contact angle measurements. The interaction potency between AgNPs and modified cellulose is validated by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy analysis. Gram-negative bacteria Escherichia coli (E. coli DH5-α) is used to demonstrate antibacterial hybrid kill and release performance. Agar-diffusion testing demonstrates the antibacterial nature of the modified cellulose papers. The fluorescence micrograph reveals that modified cellulose papers can effectively release almost all the dead bacterial debris from their surfaces after thermal stimulus wash. The modified cellulose paper surfaces are expected to have wide applications in the field of exploring more antibacterial and smart surfaces.

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