Parameters controlling octadecyl phosphonic acid self-assembled monolayers on titanium dioxide for anti-fouling biomedical applications
Parameters controlling octadecyl phosphonic acid self-assembled monolayers on titanium dioxide for anti-fouling biomedical applications
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DOI：
10.1016/j.apsusc.2022.154462
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发表时间：
2022-08-11
影响因子：
6.7
通讯作者：
Ayre，Wayne Nishio
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Azizova，Liana;Morgan，David;Ayre，Wayne Nishio
十八烷基膦酸 (ODPA) 自组装单层 (SAM) 已被证明具有阻止细菌附着在钛上的潜力，但涂层过程非常耗时且使用有毒溶剂。在这项研究中，通过不同的溶剂类型（苯甲醚或环戊基甲基醚（CPME），环保非极性溶剂），在钛石英晶体微天平（QCM）传感器上评估了ODPA SAM的数量、质量和结构； ODPA 浓度（0.5 mM 或 1 mM）；和温度（21°C 或 60°C）。使用 QCM 频率和耗散测量以及 Sauerbrey 质量计算来表征表面； X射线光电子能谱；水接触角测量；和程序升温解吸质谱（TPD-MS）。建立了针对金黄色葡萄球菌的防污能力。高 Sauerbrey 质量（约 285-290 ng/cm2）、粘弹性模型、高原子百分比表面磷 (1.1%) 和高水接触角 (117.6 ± 2.5°) 证明，在 21 °C 的 CPME 中的 0.5 mM ODPA 中孵育可快速形成均匀的刚性 ODPA SAM，并且在整个样品表面上保持一致。高温或苯甲醚的使用导致可疑的多层形成，从而减少了细菌附着。 TPD-MS 证实了 ODPA SAM 在 TiO2 上的共价键合，温度约为 110–120 °C，热稳定性低于 300 °C。这项研究展示了控制 ODPA SAM 在钛上形成的关键参数及其未来生物医学应用的潜力。
Octadecylphosphonic acid (ODPA) self-assembled monolayers (SAMs) have demonstrated potential for deterring bacterial attachment to titanium, however the coating process is time consuming and uses toxic solvents. In this study, ODPA SAM quantity, quality, and structure were evaluated on titanium quartz crystal microbalance (QCM) sensors by varying solvent type (anisole or cyclopentyl methyl ether (CPME), environmentally friendly non-polar solvents); ODPA concentration (0.5 mM or 1 mM); and temperature (21 °C or 60 °C). Surfaces were characterised using QCM frequency and dissipation measurements and Sauerbrey mass calculations; X-ray photoelectron spectroscopy; water contact angle measurements; and temperature-programmed desorption mass spectrometry (TPD-MS). Anti-fouling ability was established against Staphylococcus aureus. Incubation in 0.5 mM ODPA in CPME at 21 °C rapidly formed uniform rigid ODPA SAMs as demonstrated by high Sauerbrey mass (≈285-290 ng/cm2), viscoelastic modelling, high atomic percentage surface phosphorus (1.1 %) and high water contact angles (117.6 ± 2.5°), consistent across the entire sample surface. High temperatures or the use of anisole resulted in suspected multilayer formation, which reduced bacterial attachment. TPD-MS confirmed covalent bonding of ODPA SAMs on TiO2at ≈ 110–120 °C and thermal stability below 300 °C. This study demonstrates the key parameters that control ODPA SAM formation on titanium and their future potential for biomedical applications.