Croissance microbienne et adhésion d'Escherichia coli dans les mousses de silicone élastomères avec des additifs couramment utilisés

May 24, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8541 (2023) Citer cet article

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Le silicone est souvent utilisé dans des environnements où la déperlance est un avantage. Le contact avec l'eau favorise l'adhésion des micro-organismes et la formation de biofilm. Selon l'application, cela peut augmenter le risque d'intoxication alimentaire et d'infections, l'apparence dégradante du matériau et la probabilité de défauts de fabrication. La prévention de l’adhésion microbienne et de la formation de biofilms est également essentielle pour les mousses élastomères à base de silicone, utilisées en contact direct avec le corps humain mais souvent difficiles à nettoyer. Dans cette étude, la fixation microbienne et la rétention des pores de mousses de silicone de différentes compositions sont décrites et comparées à celles des mousses de polyuréthane couramment utilisées. La croissance d’Escherichia coli à Gram négatif dans les pores et leur lessivage pendant les cycles de lavage sont caractérisés par la croissance/inhibition bactérienne, le test d’adhésion et l’imagerie SEM. Les propriétés structurelles et superficielles des matériaux sont comparées. Malgré l'utilisation d'additifs antibactériens courants, nous avons constaté que les particules non solubles restent isolées dans la couche d'élastomère de silicone, affectant ainsi la microrugosité de la surface. L'acide tannique soluble dans l'eau se dissout dans le milieu et semble aider à inhiber la croissance bactérienne planctonique, avec une indication claire de la disponibilité de l'acide tannique à la surface des SIF.

Le silicone est un matériau bien étudié avec un large éventail d'applications. Néanmoins, ses propriétés antibactériennes dans des applications spécifiques soulèvent encore des questions. Dans les applications médicales, les mousses à base de silicone (SIF) sont principalement utilisées comme prothèses1 et comme pansements modernes2,3, étant constamment en contact avec les tissus et les fluides corporels. Comme l’humidité de l’environnement et l’eau favorisent la formation de biofilms par l’adhésion de micro-organismes, de telles conditions augmentent sans aucun doute le risque d’infections. Un autre domaine d'application en croissance rapide des SIF est le rembourrage (sièges, matelas, joints), où un contact occasionnel avec des fluides corporels, des aliments et des liquides est hautement probable. Les mousses de rembourrage ont souvent une structure à cellules ouvertes, qui permet la pénétration de l'air, des fluides et des micro-organismes. Comme la formation de biofilm dégrade également l’apparence du matériau et augmente le risque de défauts de fabrication4,5, la prévention de l’adhésion microbienne et de la formation de biofilm sur les matériaux silicones est un sujet important, indépendamment de leur application.

Les poly(diméthylsiloxane), par exemple les polymères à base de PDMS, communément appelés silicones, ne sont pas intrinsèquement antibactériens. Des additifs tels que des catalyseurs, notamment des nanoparticules de platine6, et d'autres espèces de faible poids moléculaire incorporées entre les chaînes polymères ou greffées sur le squelette polymère peuvent conférer une activité antibactérienne au silicone7,8,9. Une faible tension superficielle et, par conséquent, une hydrophobicité élevée seraient l’une des principales raisons pour lesquelles le PDMS est sujet à l’adsorption des protéines et à l’adhésion bactérienne10,11. Par exemple, Busscher et coll. ont comparé Candida albicans et C. tropicalis et ont constaté que plus la surface du micro-organisme est hydrophobe, plus il a tendance à adhérer à une surface de silicone4. Bien que la bactérie Gram-négative Escherichia coli possède des régions à la fois hydrophobes et hydrophiles dans sa couche membranaire externe, sa surface est généralement considérée comme hydrophile (l'angle de contact pour le mouillage serait compris entre 16,7° et 24,7°)12,13. Il est généralement admis que l’adhésion des micro-organismes dépend des interactions hydrophobes entre la cellule bactérienne et la surface du polymère13.

Cherchant à supprimer l’adhésion des bactéries hydrophiles sur une surface hydrophobe, l’augmentation de l’hydrophilie de la surface10,14,15 est souvent proposée comme solution possible. Il a été démontré que l'adhésion d'E. coli sur un cathéter en silicone diminue de 32 % en greffant un peptide antimicrobien et de la polyvinylpyrrolidone sur du PDMS durci, ou même jusqu'à environ 95 % en utilisant de la méthylcellulose modifiée par du vinyle16 et, en utilisant du carboxyméthylchitosane et de la polydopamine, il en résulte une Réduction ≥ 90 % de l’adhésion d’E. coli15. De plus, le greffage d'acrylates7 sur du caoutchouc de silicone (Pseudomonas, cathéter) supprime efficacement l'adsorption de protéines non spécifiques et l'adhésion cellulaire, supprimant ainsi la récupération hydrophobe de la surface. L'un des travaux les plus récents de McVerry et al. montre une modification réussie de surface hydrophile en une étape dans des conditions ambiantes et sous lumière UV pour créer un réseau de polymère zwitterionique polysulfobétaïne et perfluorophénylazide sur une surface de silicone17. L'activité antibactérienne rapportée était due à la formation de la couche d'hydratation superficielle en présence du revêtement hydrophile.