Testing of anti-microbial and anti-adhesive properties of nanodiamond materials

Abstract

Nanokrystalické diamantové (NCD) filmy se vyznačují výbornými mechanickými vlastnostmi (nízkým koeficientem tření, velkou tvrdostí atd.), chemickými vlastnostmi (např. nízkou korozivitou či chemickou neaktivitou) a dobrou biokompatibilitou. Díky tomu se jeví jako perspektivní materiály pro ochranné vrstvy lékařských implantátů a pomůcek. Jelikož bakteriální biofilmy jsou často velmi rezistentní vůči léčbě, materiály s antibakteriálními nebo alespoň antiadhesivními vlastnostmi jsou velmi žádoucí, nicméně interakce bakterií s NCD nebyla doposud do hloubky zkoumána. Cílem této práce je představit a optimalizovat metody pro rutinní kultivaci bakteriálních biofilmů a jejich analýzu, pomocí těchto metod zjistit, zda jsou NCD schopné inhibovat adhezi a tvorbu biofilmu u Escherichia coli, a případně korelovat tuto schopnost s mírou hydrofobicity NCD povrchů. Materiály užité v této práci byly hydrogenovaný NCD (hydrofobní), oxidovaný NCD (hydrofilní) a čisté sklo. Pro růst biofilmů byla využita kultivace v šesti jamkových destičkách a v CDC Bioreaktoru. Pro odloučení bakteriálních biofilmů z povrchu bylo testováno hned několik metod. Domnělé antibakteriální vlastnosti NCD nebyly v této práci prokázány, naopak byla pozorována vyšší adheze k NCD filmům než ke sklu. Tento efekt by mohl být zapříčiněn vyšší...

Nanocrystalline diamond (NCD) films possess great mechanical properties (low friction coefficient, high hardness etc.), chemical properties (e.g. low corrosivity or chemical inertness) and good biocompatibility. This makes them perspective materials for protective coatings of medical implants and devices. As bacteria biofilms are often very resistant to antibacterial treatment, materials with anti-bacterial or at least anti-adhesive properties are needed. The interaction of NCD films with bacteria has not been properly examined yet. The aim of this thesis was to introduce and optimize the methods for routine bacterial biofilm cultivation and analysis, use them to investigate the ability of NCD films to inhibit the attachment and biofilm formation of Escherichia coli and correlate it with the NCD surface hydrophobicity. The materials used for the study were hydrogenated NCD (hydrophobic), oxidized NCD (hydrophilic) and uncoated glass. For bacterial biofilm growth, cultivation in six-well plates and continuous cultivation in CDC Bioreactor was used. Several methods were tested for quantitative biofilm detachment and analysis. The putative anti-bacterial properties of NCD material were not confirmed in this work. Higher bacterial attachment to NCD films in comparison to the uncoated glass was...