Smart polymer coatings for antimicrobial surfaces
Authors: Κουφάκης Ελευθέριος 
Published: September 2021

Στη παρούσα διατριβή περιγράφεται η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός καινοτόμων, καλά καθορισμένων πολυμερικών ψηκτρών, από επίπεδες επιφάνειες μέσω ριζικού πολυμερισμού μεταφοράς ατόμου (SI-ATRP), και φέρουν επιθυμητές λειτουργικές ομάδες. Μελετήθηκαν οι επιφανειακές ιδιότητες και η αντιμικροβιακή ικανότητα των ψηκτρών, βρίσκοντας εφαρμογές ως λιπαντικά με αποκρινόμενη συμπεριφορά ή / και ως διπλά-λειτουργικές αντιμικροβιακές επιφάνειες. Στο πρώτο μέρος, περιφράφεται η σύνθεση μέσω SI-ATRP, σε υποστρώματα γυαλιού και πυριτίου, ομοπολυμερικών ψηκτρών με βάση είτε τον μεθακρυλικό 2-(διμεθυλαμινο)αιθυλεστέρας, (DMAEMA), ή φθοριωμένους μεθακρυλικούς εστέρες,. Οι PDMAEMA ψήκτρες αποτελούν ενδιαφέροντα σύστημα για τη διερεύνηση των επιφανειακών ιδιοτήτων καθώς μπορούν να τροποποιηθούν χημικώς με μία αντίδραση τεταρτοταγοποίησης, και να εισαχθούν διαφορετικά μήκη αλυσίδας αλκυλίου (ACL) στις πλευρικές ομάδες των αγκιστρωμένων στην επιφάνεια, πολυμερικών αλυσίδων. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιήθηκαν τρείς φθοριωμένοι μεθακρυλικοί εστέρες, με διαφορετικά μήκη αλυσίδας φθοριωμένου αλκυλίου (FCLs = 1, 4 και 6 άτομα φθοράνθρακα) στις πλευρικές τους ομάδες, που αναφέρονται ως TFEMA, OFPMA και TDFOMA, αντίστοιχα. Μελετήθηκε η ικανότητα διαβροχής, με διακυμάνσεις στην υδροφιλικότητα / υδροφοβικότητα και στην επιφανειακή ελεύθερη ενέργεια των ψηκτρών, ως συνάρτηση του FCL της πλευρικής ομάδας και του ACL της τεταρτοταγής αμίνης των πολυμερικών αλυσίδων. Στη συνέχεια, εξετάστηκαν οι ιδιότητες προσκόλλησης και τριβής των πολυμερών ψηκτρών στη στερεά κατάσταση, κατά την ολίσθηση μιας ανόργανης επιφάνειας. Στο δεύτερο μέρος της παρούσας μελέτης, παρασκευάστηκαν αμφίφιλες δισυσταδικές συμπολυμερικές και μικτές πολυμερικες ψήκτρες. Χρησιμοποιήθηκαν αλυσίδες PDMAEMA και PTFEMA, POFPMA ή PTDFOMA και μελετήθηκε η αναδιοργάνωση των πολυμερικών αλυσίδων και η αλλαγές στη διαβροχή των επιφανειών, κατά την έκθεση σε δίαφορους εκλεκτικούς διαλύτες για τα δύο πολυμερή. Επιπλέον, οι μικτές βούρτσες εμφάνισαν αντιστρεπτές μεταβολές στις ιδιότητες τριβής και επιφανειακής ενέργειας, που μπορούν να ρυθμιστούν αποκρινόμενες σε εξωτερικά ερεθίσματα, καθιστώντας τις «έξυπνες» επιφάνειες στη στερεά κατάσταση. Στο τελευταίο μέρος της διατριβής, οι κατιοντικές PDMAEMA ψήκτρες που φέρουν ομάδες τεταρτοταγούς αμμωνίου διαφορετικών ACL αξιολογήθηκαν ως πιθανές βιοκτόνες επιστρώσεις. Διερευνήθηκε η επίδραση του ACL των ομάδων τεταρτοταγούς αμμωνίου στην αποτελεσματικότητα της θανάτωσης των βακτηρίων E.coli και B. Cereus μετά από επαφή. Οι Αντιμικροβιακή μελέτη αποκάλυψε ότι οι υδρόφιλες πολυμερικές ψήκτρες παρουσίασαν αυξημένη βακτηριοκτόνο δράση, ενώ οι υδρόφοβες επιφάνειες έδειξαν σημαντική μείωση της in vitro βακτηριοκτόνου απόδοσης. Σε μια δεύτερη προσέγγιση, η αντιρρυπαντική δράση των φθοριωμένων ομοπολυμερικών ψηκτρών, που φέρουν διαφορετικά FCL στις πλευρικές ομάδες του πολυμερούς, βρέθηκε να αυξάνεται με τον αριθμό των ατόμων φθοράνθρακα. Τέλος, διπλά-λειτουργικές πολυμερικές επιφάνειες, που περιλαμβάνουν μικτές πολυμερικές ψήκτρες των φθοριωμένων αλυσίδων που μπορούν να εμποδίσουν τη προσκόλληση βακτηρίων, PTFEMA, POFPMA ή PTDFOMA και τις βακτηριοκτόνες αλυσίδες PQDMAEMA, αποδείχθηκε ότι έχουν σημαντικά βελτιωμένη αντιμικροβιακή δράση, έναντι των E. coli και B. cereus, λόγω της συνδυασμένης αντιρρυπαντικής και βακτηριακής δράση τους.