Antifouling Coatings: Recent Developments in the Design of Surfaces That Prevent Fouling by Proteins, Bacteria, and Marine Organisms

Advanced Materials - Tập 23 Số 6 - Trang 690-718 - 2011
Indrani Banerjee1, Ravindra C. Pangule2, Ravi S. Kane2
1Howard P. Isermann Department of Chemical and Biological Engineering, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY 12180, USA
2Howard P. Isermann Department of Chemical and Biological Engineering, Rensselaer Polytechnic Institute, 110 8th Street, Ricketts Building, Troy, NY 12180, USA.

Tóm tắt

AbstractThe major strategies for designing surfaces that prevent fouling due to proteins, bacteria, and marine organisms are reviewed. Biofouling is of great concern in numerous applications ranging from biosensors to biomedical implants and devices, and from food packaging to industrial and marine equipment. The two major approaches to combat surface fouling are based on either preventing biofoulants from attaching or degrading them. One of the key strategies for imparting adhesion resistance involves the functionalization of surfaces with poly(ethylene glycol) (PEG) or oligo(ethylene glycol). Several alternatives to PEG‐based coatings have also been designed over the past decade. While protein‐resistant coatings may also resist bacterial attachment and subsequent biofilm formation, in order to overcome the fouling‐mediated risk of bacterial infection it is highly desirable to design coatings that are bactericidal. Traditional techniques involve the design of coatings that release biocidal agents, including antibiotics, quaternary ammonium salts (QAS), and silver, into the surrounding aqueous environment. However, the emergence of antibiotic‐ and silver‐resistant pathogenic strains has necessitated the development of alternative strategies. Therefore, other techniques based on the use of polycations, enzymes, nanomaterials, and photoactive agents are being investigated. With regard to marine antifouling coatings, restrictions on the use of biocide‐releasing coatings have made the generation of nontoxic antifouling surfaces more important. While considerable progress has been made in the design of antifouling coatings, ongoing research in this area should result in the development of even better antifouling materials in the future.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1086/322972

10.1088/1748-6041/3/3/034003

10.1167/iovs.09-4068

10.1002/1097-4636(2001)58:1<97::AID-JBM140>3.0.CO;2-8

10.1586/erd.09.36

10.1111/j.1365-2672.2008.03942.x

10.1016/S0927-7765(99)00148-4

10.1007/s10853-009-3247-8

10.1016/j.molcata.2005.03.040

10.1002/pola.10773

10.1039/b610861j

10.1016/S0964-8305(03)00047-7

10.1111/j.1365-2621.2009.02055.x

10.4315/0362-028X-69.4.866

10.1021/bm061150q

10.1002/smll.200600312

10.1016/j.porgcoat.2003.06.001

10.1016/j.surfcoat.2006.08.129

10.1007/s00253-002-1066-9

10.1016/j.porgcoat.2007.01.017

10.1002/adma.200900383

10.1021/la020737x

10.1016/S0142-9612(97)00245-7

10.1039/b818698g

10.1163/156856293X00537

10.1146/annurev.med.59.110106.132000

10.1021/la034032m

10.1038/nrmicro821

10.1126/science.284.5418.1318

10.1021/la048469l

10.1128/AEM.65.11.4995-5002.1999

10.1002/(SICI)1097-4636(199823)43:3<338::AID-JBM16>3.0.CO;2-B

10.1007/s00253-006-0790-y

10.1016/S0140-6736(06)68853-3

10.3201/eid1312.070629

10.1080/08927010701566384

10.1016/j.biotechadv.2008.05.005

10.1126/science.252.5009.1164

10.1021/la010384m

10.1021/la010552a

10.1021/ja0522534

10.1002/1097-0290(20010220)72:4<475::AID-BIT1009>3.0.CO;2-F

10.1128/AEM.65.4.1603-1609.1999

10.1038/nmat2099

10.1021/bm800185h

10.1021/bm900410a

10.1073/pnas.111143098

10.1021/bc800280u

10.1021/bm701430y

10.1021/la701067r

10.1205/psep.04387

10.1002/adfm.200901388

10.1021/la0622166

10.1080/08927010902930363

10.1021/am9000562

10.1021/la052978l

10.1038/nmat851

10.1002/jbm.820230306

10.1002/(SICI)1097-4636(199810)42:1<55::AID-JBM8>3.0.CO;2-N

10.1002/jbm.10005

10.1021/ja00076a032

10.1021/la020022u

10.1163/156856293X00069

10.1016/S0021-9258(20)81951-6

10.1021/la010672i

10.1016/S0001-8686(02)00061-1

10.1016/0021-9797(91)90043-8

10.1016/0021-9797(91)90044-9

10.1016/S0006-3495(97)78698-3

10.1016/S1359-0286(97)80125-8

10.1021/jp9716952

10.1021/jp972635z

10.1021/la000340y

10.1039/b002593n

10.1002/jbm.820250704

10.1016/0142-9612(91)90193-E

10.1002/jbm.820251211

10.1002/jbm.820260607

10.1002/adma.200305830

10.1021/la048626g

10.1021/ja0284963

10.1021/ja056256s

10.1021/jp993359m

10.1021/la052796r

10.1021/la050362q

10.1002/chem.200801134

10.1021/jp066811s

10.1021/la902110j

10.1016/j.memsci.2008.12.054

10.1021/ja960461d

10.1021/ja000774f

10.1021/la0004653

10.1021/ja054169u

10.1021/la052851w

10.1021/la001790t

10.1016/j.biomaterials.2004.06.043

10.1016/j.tetlet.2009.04.091

10.1016/j.biomaterials.2005.07.006

10.1016/j.biomaterials.2009.06.005

10.1016/S0927-7765(02)00130-3

10.1002/adfm.200801680

10.1021/la0015258

10.1126/science.7112124

10.1529/biophysj.104.056671

Timasheff S. N., 1998, Advances in Protein Chemistry, p. 355.

10.1021/la060743j

10.1021/ja8065754

10.1021/ja034820y

10.1002/chem.200306073

10.1021/bm801093t

10.1021/la970762g

10.1021/ja0349507

10.1021/bm701180r

10.1021/bm701013y

10.1021/la800947z

10.1021/la000736

10.1021/bp020036q

10.1086/502136

10.1016/S1005-0302(10)60003-5

10.1179/174329409X373710

10.1557/JMR.1995.2842

10.1557/JMR.1997.0367

10.1163/156856708784040579

10.1021/nl0706796

10.1038/nnano.2007.386

10.1128/AEM.02945-05

10.1016/j.biomaterials.2008.09.020

10.1016/j.tsf.2004.06.087

10.1021/nl0517363

10.1021/la8040715

10.1021/la070159q

10.1021/nl049463j

10.1021/cm051281i

10.1016/j.apsusc.2009.07.010

10.1021/nl060644q

10.1021/la700392w

10.1021/jp035562u

10.1163/156856108X320023

10.1021/jp0000174

10.1021/la000155k

10.1007/s004250050096

10.1006/anbo.1997.0400

10.1021/la0532149

10.1021/la036369u

10.1021/la034961d

10.1016/j.surfrep.2008.10.001

10.1021/es980299

10.1016/S0040-6090(99)00205-9

10.1021/la000818y

10.1002/jbm.a.31172

10.1016/j.memsci.2008.03.065

10.1205/fbp06035

10.1016/S0927-7765(99)00029-6

10.1021/la035415n

10.1021/bm700620j

10.1016/j.biomaterials.2003.08.039

10.1016/S0927-7765(99)00161-7

10.1016/j.chembiol.2006.06.013

10.1016/j.biomaterials.2007.05.023

10.1002/anie.200803570

10.1177/039139880502801109

10.1002/jor.1100140526

10.1302/0301-620X.79B5.7228

10.1038/nmat2614

10.1126/science.1078933

10.1021/bk-2005-0912

10.1016/S0167-7799(02)01962-5

10.1021/am9007006

10.1016/j.progpolymsci.2007.05.003

10.1039/b714635n

10.1039/B406727D

10.1038/sj.jim.2900490

10.1021/la001257d

10.1021/la034632l

10.1080/08927010903383455

10.1021/la026358l

10.1016/j.ijpharm.2005.01.037

10.1007/s10295-006-0139-7

10.2147/nano.2006.1.4.441

10.1016/j.burns.2006.06.010

10.1097/SAP.0b013e3181893825

Mermel L. A., 2006, Am. J. Epidemiol., 163, S243

10.1016/j.ijantimicag.2009.01.017

10.1177/0040517507082332

10.1016/j.biotechadv.2008.09.002

10.1088/0957-4484/16/10/059

10.1007/s00339-008-4434-1

10.1021/nl025547l

10.1021/la0513306

10.1002/jbm.a.30819

10.1088/0957-4484/20/49/495705

10.1016/j.biomaterials.2009.09.092

10.1021/ja061442z

10.1002/macp.200900296

10.1021/la991089t

10.1021/la015725a

10.1021/am9002155

10.1016/j.jconrel.2004.12.002

10.1289/ehp.0901398

Kaewamatawong T., 2009, Thai J. Vet. Med., 39, 439, 10.56808/2985-1130.2191

Kaewamatawong T., 2009, Thai J. Vet. Med., 39, 440, 10.56808/2985-1130.2191

Asharani P. V., 2008, Abstr. Pap. Am. Chem. Soc., 236, 818

10.1039/b208575e

10.1007/s00396-009-2178-x

10.1016/j.biomaterials.2003.07.003

10.1016/j.jconrel.2004.06.011

10.1016/S0142-9612(02)00157-6

Lawson M. C., 2007, Clin. Orthop. Relat. Res., 96, 10.1097/BLO.0b013e3180986706

10.1002/anie.200801570

10.1093/jac/dkm092

10.1016/S0195-6701(03)00140-3

10.1016/j.jhin.2009.08.022

10.1111/j.1600-0765.1983.tb00354.x

10.1186/1471-2180-9-150

10.1163/092050609X12457418973107

10.1039/b515219b

10.1016/S1054-3589(08)61099-6

10.1016/S0142-9612(99)00127-1

10.1021/ac991370c

10.1021/ja0165077

10.1016/j.biomaterials.2004.03.031

10.1002/jbm.a.20030

10.1016/j.biomaterials.2005.05.017

10.1016/j.biomaterials.2004.11.015

10.1016/j.actbio.2009.10.038

10.1128/CMR.12.1.147

10.1073/pnas.0608803103

10.1002/bit.10299

10.1021/bp025597w

10.1002/bit.10651

10.1023/A:1015584423358

10.1039/b716026g

10.1021/bm034352k

10.1002/anie.200602738

10.1016/j.tibtech.2005.05.004

10.1002/bit.20454

10.1002/jbm.a.30899

10.1016/S0168-3659(97)00126-0

10.1002/mabi.200390016

10.1007/s10971-004-5791-7

10.1039/b702079a

10.1002/adma.200701095

10.1021/bm049553i

10.1021/la063718m

10.1002/bit.22252

10.1016/S0142-9612(01)00263-0

10.1021/la900349c

10.1021/ma901356s

10.1038/nrmicro1098

10.1016/S0952-7915(99)80005-3

10.1016/j.biomaterials.2009.03.025

10.1038/415389a

10.1128/AAC.01254-08

10.1128/AAC.43.6.1317

10.1002/adfm.200700793

10.1021/ja076300z

10.1080/08927010902954207

10.1016/j.peptides.2007.10.001

10.1111/j.1745-4565.2003.tb00347.x

10.1080/08927010903216572

10.1038/nature05233

10.1021/jm8015365

10.1016/j.jcis.2004.02.012

10.1021/la060661v

10.1021/jp063826h

10.1021/es0603655

10.1021/jp0656779

10.1021/la061411h

10.1016/j.watres.2006.08.004

10.1088/0957-4484/16/9/082

Esteban‐Tejeda L., 2009, Nanotechnology, 20

10.1128/AEM.71.5.2548-2557.2005

10.1007/BF02932134

10.1021/la704075r

10.1021/la802769m

10.1002/smll.200700863

10.1021/la800951v

10.1252/jcej.28.288

10.1252/jcej.29.251

10.1007/s11051-006-9150-1

10.2109/jcersj.106.1007

10.1016/j.porgcoat.2008.08.013

10.1023/A:1023736416361

10.1016/j.ijfoodmicro.2005.04.021

10.1016/j.jhin.2005.12.008

Dollwet H. H. A., 1985, Trace Elem. Med., 2, 80

10.1021/am8000743

10.1016/j.surfcoat.2009.06.028

10.1021/nl0347334

Lai J. C. K., 2008, Int. J. Nanomed., 3, 533

10.1021/la060093j

10.1166/jnn.2007.431

10.1002/smll.200700595

10.1128/AEM.69.8.4611-4617.2003

10.1128/AEM.63.9.3724-3728.1997

10.1002/pts.695

10.1163/156856206778667433

10.1021/nl080522t

10.1177/153537020623100402

10.1016/j.tim.2005.08.007

10.1128/IAI.71.11.6199-6204.2003

10.1126/science.1066869

10.1038/nature01026

10.1076/ceyr.22.6.451.5486

10.1016/j.mimet.2004.12.006

10.1128/AAC.00506-06

10.1128/AAC.47.11.3407-3414.2003

10.1002/smll.200500376

10.1021/la0501278

10.1517/13543784.10.2.309

10.1016/j.cclet.2008.11.030

10.1016/j.biomaterials.2008.10.015

10.1016/j.jphotobiol.2006.04.003

10.1111/j.1574-6968.1985.tb00864.x

10.1016/j.jphotochem.2008.11.005

10.1016/j.surfcoat.2008.09.036

10.1002/jbm.b.31053

10.1016/j.jhazmat.2008.10.009

10.1021/la035330m

10.1016/j.apcatb.2008.12.019

10.1016/j.powtec.2009.07.021

10.1016/j.apcatb.2008.02.020

10.1016/j.jcis.2009.03.018

10.1016/j.tsf.2007.08.053

10.1016/j.apcatb.2008.03.007

10.1016/j.apcatb.2008.07.009

10.1007/s00253-008-1411-8

10.1002/jbm.b.30979

10.1039/b905495b

10.1002/jbm.b.31120

10.1002/adma.200306253

10.1002/(SICI)1097-4628(19980307)67:10<1761::AID-APP9>3.0.CO;2-H

10.1002/1439-2054(20010201)286:2<63::AID-MAME63>3.0.CO;2-H

10.1016/S0048-9697(00)00506-4

10.1002/(SICI)1099-0739(199903)13:3<135::AID-AOC831>3.0.CO;2-G

10.1039/b801491d

10.1016/j.porgcoat.2006.06.007

10.1016/j.envpol.2008.10.003

10.1016/j.porgcoat.2005.03.008

10.1021/la048015o

10.1002/pola.20466

10.1002/app.30779

10.1002/app.30899

10.1021/la901654q

10.1007/978-3-540-31049-5_4

10.1080/08927010802254583

10.1080/08927010802256117

10.1007/s10126-007-7091-z

10.1080/08927010400027068

10.1080/08927010801885908

10.1080/08927010701784912

10.1111/j.1365-2672.2008.03837.x

10.1080/08927010903384271

10.1038/nmat856

10.1557/mrs2008.159

10.1016/j.cocis.2006.06.002

10.1021/la0401011

10.1021/ar040224c

10.1021/la048629t

10.1163/156856200743571

10.1080/08927010500484854

10.1080/08927010601136957

10.1080/08927010500506094

10.1080/08927010701784391

10.1021/nn900928u