Bacterial anti-adhesive films of PDMS coated with microstructures of biogenic silica rosettes extracted from pineapple peels residues

Abstract

Abstract. The appearance of several multi-drug resistant strains has been linked to the extensive use of antibiotics. The use of bio-inspired plant and animal surfaces that exhibit new strategies such as contact-killing surfaces has been proposed to face this problem. Pineapple peels expose 10 μm in length and 5 μm height biogenic silica rosettes (BSR) on their cuticle surface. These BSRs are formed by granules with sized of about 300 nm, which improve their mechanical properties and responses against stresses such as microorganisms’ attacks. This study presents a valuable application of pineapple peel BSRs, becoming an attractive raw material for generating products with economic value such as coatings against non-specific adhesion of cells and bacteria on polydimethylsiloxane. Characterization techniques such as scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and water contact angle were used. We found that the highdensity coverage coating formed by BSR increased the PDMS roughness and surface’s water repellency while decreasing the Escherichia coli (E. coli) bacteria adhesion. Besides, the cell membrane disruption effect on red blood cells was investigated. Inspired also by the cuticle of pineapple plants formed by lipids and waxes, we further functionalized the BSR with octadecyltrietoxysilane with the aim of increasing the hydrophobicity of the areas between the BSR voids and BSR surface. Bacteria adhesion decreased from 27% to 14% and an increased in contact angle from 130◦ to 158◦. This coating has other potential uses, such as serving as a platform for encapsulating active compounds due to its high porosity. Therefore, different BSR arrangements could be studied to improve its antifouling properties.

Resumen. La aparición de varias cepas multirresistentes se ha relacionado con el uso extensivo de antibióticos el uso de superficies de plantas y animales bioinspiradas que exhiben nuevas estrategias, como superficies que matan por contacto, se ha propuso enfrentar este problema. Las cáscaras de piña exponen rosetas de sílice biogénica de 10 μm de longitud y 5 μm de altura (BSR) en la superficie de su cutícula. Estos BSR están formados por gránulos con un tamaño de aproximadamente 300 nm, que mejoran sus propiedades mecánicas y respuestas frente a tensiones como el ataque de microorganismos. Este estudio presenta una valiosa aplicación de los BSR de cáscara de piña, convirtiéndose en una materia prima atractiva para generar productos con valor económico como recubrimientos contra la adhesión no específica de células y bacterias sobre polidimetilsiloxano. Técnicas de caracterización como microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía de fuerza atómica (AFM), se utilizó espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y ángulo de contacto con el agua. Encontramos que la alta densidad el recubrimiento de cobertura formado por BSR aumentó la rugosidad del PDMS y la repelencia al agua de la superficie, mientras que disminuyendo la adhesión de la bacteria Escherichia coli (E. coli). Además, el efecto de alteración de la membrana celular sobre el rojo. Se investigaron las células sanguíneas. Inspirándonos también en la cutícula de las plantas de piña formada por lípidos y ceras, funcionalizó aún más el BSR con octadeciltrietoxisilano con el objetivo de aumentar la hidrofobicidad del áreas entre los huecos de BSR y la superficie de BSR. La adhesión de las bacterias disminuyó del 27% al 14% y aumentó en Ángulo de contacto de 130◦ a 158◦. Este recubrimiento tiene otros usos potenciales, como servir como plataforma para Compuestos activos encapsulantes debido a su alta porosidad. Por lo tanto, se podrían estudiar diferentes arreglos BSR para mejorar sus propiedades antiincrustantes.