Competitive Adsorption of Cationic Bilayers and Chitosan on Latex: Optimal Biocidal Action

Abstract

The competitive adsorption of two biocides, the cationic polysaccharide (chitosan, CH) and some cationic bilayer fragments (composed of dioctadecyldimethylammonium bromide, DODAB), onto oppositely charged polystyrene sulfate (PSS) or poly(methyl methacrylate) (PMMA) particles is described. CH and/or DODAB effects on particle stabilization/flocculation are characterized from the following: (1) DODAB adsorption isotherms from bilayer dispersions onto PMMA particles in the presence or absence of CH or 10 mM NaCl;(2) effects of particle number density, DODAB or CH concentration on mean size, and -potentials of PSS or PMMA particles; (3) visualization of positively stained cationic moieties on PMMA particles by transmission electron microscopy. Driving forces for DODAB bilayer adsorption were the electrostatic and the hydrophobic attraction between latex and bilayer, whereas, for CH, charge neutralization (overcompensation) led to particle flocculation (stabilization). Both cationic species seem to adsorb not only as patches but also as stiff and extended protrusions from the particle surface, e.g. at low particle number densities (Np) and relatively high chitosan or DODAB concentrations, DODAB bilayer fragments attaching on particles also from their hydrophobic edges. At a given Np and low (high) CH concentrations there was DODAB (CH) displacement by CH (DODAB). The entropic penalty paid by CH for adsorption on latex with charge overcompensation did not hold for the also stiff and flat DODAB bilayer fragments which displaced CH and attached via hydrophobic and/or electrostatic interaction to the latex surface. -Potentials range for particles varied from 35 to 40 (DODAB only) up to 65-75 mV (CH only). Together, DODAB and CH had to be added to the particulates in minute doses for preservation and sterilization against bacteria contamination.

Partículas e filmes híbridos de polímeros e compostos de amônio quaternário com atividade antimicrobiana

“…A quarta geração dos antimicrobianos quaternários inclui diversos sais de mono-e dialquil dimetilamônio e polímeros de amônio quaternário, tais como os ionenos, que são polieletrólitos catiônicos com átomos de nitrogênio na cauda da cadeia polimérica (PETROCCI et al, 1979). As propriedades antimicrobiana, antifúngica e tumoricida dos ionenos indicam que os polímeros são mais ativos do que seus monômeros correspondentes, devido à melhor adsorção do polímero à superfície da célula bacteriana e à membrana citoplasmática, geralmente levando ao subseqüente rompimento da sua integridade (IKEDA & TAZUKE, 1983 (TÁPIAS et al, 1994;SICCHIEROLLI et al, 1995;KANAZAWA et al, 1995;RUSSELL & CHOPRA, 1996;MARTINS et al, 1997;CARMONA-RIBEIRO et al, 1997;CAMPANHÃ et al, 1999;CAMPANHÃ et al, 2001;VIEIRA et al, 2003;PACHECO et al, 2004 (MARINI et al, 2007;PEREIRA et al, 2008).…”

“…Com a adsorção do polieletrólito de carga oposta, um grande número de resíduos iônicos permanece exposto na interface com a solução e, então, a carga de superfície é efetivamente revertida (DECHER et al, 1992;LVOV et al, 1993). Partículas na presença de eletrólitos de carga oposta podem permanecer estáveis, isoladas ou aos pares, ou ainda podem flocular, dependendo da concentração e peso molecular do eletrólito, da densidade numérica das partículas, proporção molar de cargas nas partículas, pH e força iônica (COHEN-STUART & FLEER, 1996;BERTRAND et al, 2000;VIEIRA et al, 2003;REIS et al, 2003). PANÁCEK et al, 2006;PAL et al, 2007).…”

Interações entre bicamadas lipídicas e interfaces hidrofóbicas

“…As biomembranas permitem um fluxo específico de íons através de seus canais proteícos [Voet;Voet, 1995].…”

“…Pode-se tomar vantagem desse efeito desestabilizante para obter fusão de bicamada em interfaces. bicamada, visualização dos fragmentos por diversas técnicas avançadas de microscopia eletrônica e de força atômica, etc Jass et al, 2000;Vieira e Carmona-Ribeiro, 2001;Vieira et al, 2003]. Assim, fragmentos fundem-se realmente mais rápido com a interface ar-água do que vesículas inteiras já que expõem regiões hidrofóbicas de suas bordas enquanto que vesículas inteiras e fechadas apresentam freqüência menor de defeitos e/ou regiões hidrofóbicas.…”

“…Para superfícies planas carregadas e hidrofóbicas, as quais são também rugosas, como no caso dos filmes de PSS, difusão de uma bicamada contínua seria facilitada por uma grande densidade superficial de carga sobre o polímero e/ou sobre a bicamada da vesícula, gerando uma grande atração eletrostática ou por uma grande atração hidrofóbica entre regiões defeituosas na bicamada e a superfície dos filmes PSS, complementada por interações laterais hidrofóbicas entre bicamadas adjacentes. [Vieira et al, 2003] poderíamos explicar este fato pela interação hidrofóbica entre as bordas dos fragmentos, BF, e a superfície hidrofóbica das partículas, levando a uma adsorção de fragmentos posicionados verticalmente, conforme mostrado no esquema 1 (Figura 3.15). Na tabela 5 estão os resultados dos diâmetros médios e potenciais -zeta, para partículas PSS e misturas de 0,04 mM de DODAX BF.…”