4 Material und Umwelt
Filtern
Dokumenttyp
- Vortrag (91)
- Posterpräsentation (62)
- Zeitschriftenartikel (16)
- Beitrag zu einem Tagungsband (11)
- Buchkapitel (3)
- Forschungsbericht (3)
- Dissertation (2)
- Sonstiges (2)
- Beitrag zu einem Sammelband (1)
- Video (1)
Sprache
- Englisch (160)
- Deutsch (30)
- Chinesisch (2)
Referierte Publikation
- nein (192) (entfernen)
Schlagworte
- Biocides (38)
- Antimicrobial resistance (28)
- MIC (21)
- Corrosion (19)
- Biofilms (18)
- Bacteria (16)
- Methanogens (13)
- Evolution (12)
- Microbiologically influenced corrosion (11)
- E. coli (10)
Organisationseinheit der BAM
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (192) (entfernen)
Eingeladener Vortrag
- nein (91)
Biofilm formation in industrial or medical settings is usually unwanted and leads to serious health problems and high costs. Inhibition of initial bacterial adhesion prevents biofilm formation and is, therefore, a major mechanism of antimicrobial action of surfaces. Surface topography largely influences the interaction between bacteria and surfaces which makes topography an ideal base for antifouling strategies and eco-friendly alternatives to chemical surface modifications. Femtosecond laser-processing was used to fabricate sub-micrometric surface structures on silicon and stainless steel for the development of antifouling topographies on technical materials.
Bacteria are ubiquitous and colonize all types of surfaces, including those in close proximity to humans, such as skin, food, and everyday objects. This raises the question of whether their presence represents a problem to be mitigated or a potential source of benefit to be harnessed, thereby stimulating scientific inquiry into the role of surface-associated bacteria in diverse domains ranging fromhuman health to industrial biotechnology. Aim: The objective of this project is to explore the impact of modifying surface topography on bacterial adhesion behavior. By manipulating the physical characteristics of the substrate, the attachment and detachment dynamics of bacteria can potentially be modified, leading to novel strategies for controlling bacterial colonization in various applications, such as medical devices. Escherichia coli (E. coli) and Staphylococcus aureus (S. aureus) were tested on LIPSS-covered Fused Silica samples.
Bacterial biofilms are multicellular communities adhering to surfaces and embedded in a self-produced extracellular matrix. Due to physiological adaptations and the protective biofilm matrix itself, biofilm cells show enhanced resistance towards antimicrobial treatment. In medical and industrial settings, biofilms on e.g. for implants or for surfaces in food-processing industry can be a fertile source of bacterial pathogens and are repeatedly associated with persisting, nosocomial and foodborne infections. As extensive usage of antibiotics and biocides can lead to the emergence of resistances, various strategies are currently developed, tested and improved to realize anti-bacterial surface properties through surface functionalization steps avoiding antibiotics. In this study, contact-less and aseptic large-area ultrashort laser scan processing is employed to generate different surface structures in the nanometer- to micrometer-scale on technical materials, i.e. titanium-alloy, steel, and polymer. The processed surfaces were characterized by optical and scanning electron microscopy and subjected to bacterial colonization studies with Escherichia coli test strains. For each material, biofilm results of the fs-laser treated surfaces are compared to that obtained on polished (non-irradiated) surfaces as a reference. Depending on the investigated surfaces, different bacterial adhesion patterns were found, suggesting an influence of geometrical size, shape and cell appendages of the bacteria and – above all – the laser-processed nanostructure of the surface itself.
Question
Disinfectants and antimicrobial surfaces (AMCs) are important tools to prevent the spread of pathogens and antimicrobial resistant bacteria. However, concerns have been raised about the possibility for the evolution and selection of resistance against disinfectants and AMCs. In turn, resistance against disinfectants and AMCs can be associated to antibiotic resistance due to cross-resistance - a single mechanism conferring resistance to a disinfectant and an antibiotic- and co-resistance - two distinct mechanisms physically linked on e.g. a plasmid. The risk for resistance and cross-resistance during use of biocides (including disinfectants and AMCs) must be evaluated during authorization according to the EU biocidal product regulation. However, to date there is a lack of standardized methods that support risk assessment during the authorization process.
Methods
We used adaptive laboratory evolution (ALE) experiments which are based on repeated exposure of bacteria to disinfectants or AMCs. The experiments are followed by phenotypic (antimicrobial susceptibility testing) and genotypic (whole genome sequencing) characterization of the evolved strains. The basic idea of these experiments is to expose bacteria to lethal conditions and select for mutants with increased survival. This approach is fundamentally different to other ALE experiments, which commonly select for increased growth at subinhibitory concentrations. However, selection for increased survival represents a selective pressure that more realistically reflects selection under in-use conditions of disinfectants and AMCs.
Results
First, we studied adaptation of E. coli during repeated disinfection with benzalkonium chloride in a suspension assay. The experiments showed a 2000-fold increase in survival within 5 exposure cycles. The adaptive changes are linked to highly parallel mutations in genes related to lipid A biosynthesis, less negative cell surface charge, reduced growth rate and increased competitive ability in the presence of certain antibiotics. We use the same approach to develop standardizable ALE experiments based upon accepted standards that are used to determine the efficacy of disinfectants (EN 13697) and antimicrobial surfaces (ISO 22196). The results highlight pronounced adaptation of different test strains towards surface disinfection (benzalkonium chloride and isopropanol) and AMCs (copper).
Conclusion
Bacteria can adapt with increased survival towards lethal stress imposed by disinfectants and AMCs. The adaptive ability of bacteria to disinfectants and AMCs can be determined in a standardized manner.
Auslaugversuche wurden mit verschiedenen Bauprodukten durchgeführt, die unter Anwendungsbe-dingungen mit Niederschlägen in Kontakt kommen können. In das Testprogramm wurden Lacke für Außenanwendungen, Wärmedämmverbundsysteme, Dachziegel und polymere Dachfolien einbezogen.
Mit diesen Produkten wurden der von CEN TC 351 entwickelte dynamische Oberflächenauslaugtest (DSLT) und Immersionstests nach EN 16105 durchgeführt. Emissionsverläufe wurden sowohl für an-organische Komponenten als auch für organische Substanzen in den Eluaten ermittelt. Auslaugbare organische Substanzen wurden zuvor in Screeningtests identifiziert.
Um die mögliche Freisetzung von Stoffen aus Bauprodukten beurteilen zu können, ist es erforderlich, Emissionsverläufe zu beschreiben. Dazu sind die verwendeten Testverfahren geeignet. Um Baupro-dukte mit einem Blauen Engel als „Produkte mit geringer Auslaugung“ auszuloben, müssen die aus-laugbaren Substanzen komplett bekannt sein. Für organische Verbindungen ist das noch eine Heraus-forderung. Außerdem erfordert die Bewertung der Testergebnisse sowohl Übertragungsmodelle, die Vorhersagen über freisetzbare Stoffmengen unter Anwendungsbedingungen ermöglichen, als auch Vorgaben zu tolerierbaren Umweltkonzentrationen. Hier besteht noch Handlungsbedarf.
Gegenstand der vorzustellenden Arbeiten ist die Prüfung der Umwelt-beständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP) zum Einsatz. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden.
Gegenstand der vorzustellenden Arbeiten ist die Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP) zum Einsatz, die jeweils mit polybromierten Flammschutzmitteln (PBFSM) versehen sind. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Auch soll mit Hilfe der RFA und der LA-ICP-MS die Abreicherung der PBFSM in den Modellmaterialien beschrieben werden. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden.
This study details a thorough analysis of leaky and waveguide modes in biperiodic diffractive nanostructures. By tuning diffraction orders and subsequently confining local density of optical states at two distinct resonance wavelengths, we present a highly sensitive refractive index biosensing platform that can resolve 35.5 to 41.3 nm/RIU of spectral shift for two separate biological analytes.
BIOCIDE
(2022)