Lack of effect of an externally applied electric field on bacterial adhesion to glass

Deposition to glass of Streptococcus salivarius HB-C12 and Staphylococcus epidermidis 3399 in a parallel plate flow chamber in the absence and presence of an externally applied electric field has been studied experimentally. No effect on bacterial adhesion, including initial deposition rates, numbers of adhering bacteria after 4 h, spatial distributions of adhering bacteria and air bubble induced detachment, was found. A theoretical analysis shows that electric fields applied over a 150 mum thin glass substratum do not have a sufficiently strong effect on its surface potential to influence bacterial adhesion. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved

Bio-adhesion and cleanliness in bio-processing

Biofilms are a significant problem for many industries including medical devices, the oil and gas industry, consumer product manufacturers and water distribution systems. Biofilms are communities of microbes that attach and grow on almost any surface. Biofilms are able to establish quickly in a matter of hours and can be very difficult to remove. This thesis was focused on increasing the understanding of biofilm interaction with different substratum materials, for both the initial surface colonisation and for mature biofilm lifecycle stages using a Pseudomonas aeruginosa (PA) model. The surface energy and the surface roughness, for a number of substratums were investigated in this thesis. The effects of a number of proprietary and non-proprietary surface coatings which primarily changed surface energies and or topography were investigated. This work has confirmed that surface energy is important in Pseudomonas bio-adhesion, with correlations observed in both the initial attachment of microbes, but also in high shear cleaning experiments for mature biofilms. Biofilm-substratum interfacial adhesion remains an important region even in mature biofilms, suggesting that surfaces that exhibit lower colonisation rates may also be easier to clean. Initial attachment studies confirm 1/3 less microbe attachment to polymer surfaces compared to metal surfaces; roughness was not a significant parameter. PTFE-AF coatings on 316 stainless steel showed 88 percent decrease in initial microbe attachment coupled with enhanced cleanability. Industries currently using stainless steel in microbe applications could from benefit this coating; limiting future biofilm colonisation rates and improved cleanability. It is demonstrated that Pseudomonas naturally colonises at low levels on selected transparent polycarbonate surfaces and given its good chemical compatibility and low cost would be an alternative to stainless steel. A range of commercial surface coatings, which are meant to reduce microbial adhesion, were also tested in this thesis; this study could not affirm such claimed performance.Open Acces

Effects of electrical polarization of electrical conductive surfaces on bacterial primary adhesion and biofim development

Die Biofilmbildung durch Bakterien auf Oberflächen führt in Wasser führenden Systemen zu technischen und hygienischen Problemen. Die dabei herrschenden physico-chemischen Wechselwirkungen zwischen Bakterienoberfläche und Aufwuchsfläche werden z.B. in der Derjaguin-Landau-Vervey-Overbeck DLVO-Theorie beschrieben. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, durch elektrische Polarisation die physico-chemischen Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Aufwuchsfläche zu manipulieren. Unter Einsatz der elektrisch leitenden Aufwuchsflächen Indiumzinnoxid (ITO) und Polypyrrol (Ppy) wurden negativ (– 600 mV), positiv (+ 600 mV) sowie ständig gepulste (chaotische) Aufwuchsflächen erzeugt. Die Effekte auf die bakterielle Primäradhäsion und Biofilmentwicklung wurden quantitativ und qualitativ untersucht. Quantitative Untersuchungen zeigten, dass jede untersuchte Polarisation auf ITO zu einer erhöhten und auf Polypyrrol zu einer geringeren Primäradhäsion der Bakterien führte. Dies deutet während einer Polarisation auf schwächere Anziehungskräfte zwischen der Bakterienoberfläche und Polypyrrol im Vergleich zum ITO. Eine gepulste Polarisation während der Wachstumsphase führte zu einer geringeren Biofilmbildung durch Trinkwasserbakterien auf ITO. Auf der Kontroll-Aufwuchsfläche entstand ein mehrschichtiger Trinkwasserbiofilm und auf dem polarisierten ITO verblieb der Trinkwasserbiofilm als Monolayer. Die Kontroll-Aufwuchsfläche war zu 22 % von einem Trinkwasserbiofilm belegt, während auf dem polarisierten ITO nur 0,15 % von einem Trinkwasserbiofilm überdeckt waren. Das Volumen des Trinkwasserbiofilms auf dem polarisierten ITO war im Vergleich zur Kontrolle um den Faktor 300 geringer. Eine gepulst polarisierte ITO-Aufwuchsfläche hemmte die Biofilmbildung über eine Woche hin. Für eine qualitative Bewertung des physiologischen Zustandes der anhaftenden Bakterien nach Polarisation wurden die Zellteilungsfähigkeit, ribosomale Aktivität, ATP-Gehalt und die Membranintegrität untersucht. Zusätzlich wurde ein potentieller Einfluss elektrischer Polarisation auf die Populationsdiversität der Trinkwasser¬biofilme untersucht. Die Zellteilungsfähigkeit, nachgewiesen mittels Pipemidinsäure, nahm mit zunehmender Polarisationsdauer ab und war nach 20 Stunden nicht mehr nachweisbar. Die mittels FISH untersuchte ribosomale Aktivität sowie die ATP-Messungen zeigten eine geringere Aktivität der Trinkwasserbakterien nach Polarisation. Eine Überprüfung der Membranintegrität mittels Propidiummonoazid (PMA), das nur in membrangeschädigte Bakterien eindringt und dessen DNA blockiert, zeigte in der quantitiativen RT-PCR keinen Einfluss. Eine Auftrennung derselben Proben mittels PCR-DGGE wies bei einigen Stämmen eine geschädigte Membranintegrität nach. Die PCR-DGGE zeigte ebenfalls Unterschiede in der Population des Trinkwasserbiofilms auf der Kontrolle und dem polarisierten ITO. Einige Stämme etablierten sich nur auf dem polarisierten ITO und andere nur auf der nicht polarisierten Kontrolle. Wurde die Polarisation abgestellt, änderte sich die Population erneut, was eine Beeinflussung der anhaftenden Trinkwasserbakterien durch elektrische Polarisation zeigt. Zusamenfassend weisen die Daten auf eine Beeinträchtigung bakterieller Aktivität durch elektrische Polarisation der Aufwuchsfläche hin. Dies bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Verminderung der Biofilmbildung auf elektrisch leitenden Oberflächen in der Praxi