Application of nanotechnology in antimicrobial coatings in the water industry

Nano

Volumn 6, Issue 5, 2011, Pages 395-407

  De Kwaadsteniet, M ^a   Botes, M ^a   Cloete, T E ^a  

^a STELLENBOSCH UNIVERSITY   (South Africa)

Author keywords

antimicrobial coatings; Biofouling; nanomaterial; nanoparticles

Indexed keywords

ALTERNATIVE METHODS; ANTIFOULING COATING; ANTIMICROBIAL COATINGS; ANTIMICROBIAL SURFACE; CHEMICAL METHOD; DIRECT CONTACT; NANOMATERIAL; POLYMERIC SURFACES; WATER INDUSTRIES;

BIOFOULING; COATINGS; NANOPARTICLES; NANOSTRUCTURED MATERIALS; NANOTECHNOLOGY; WATER SUPPLY;

MICROORGANISMS;

EID: 80053994617     PISSN: 17932920     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1142/S1793292011002779     Document Type: Review

References (135)

1. R. Singh, D. Paul and R. K. Jain, Trends Microbiol. 14, 389 (2006).
2. K. C. Marshall and G. Bitton, Adsorption of Microorganism to Surfaces (John Wiley and Sons, New York, 1980).
3. W. G. Characklis, Biofilms, eds. W. G. Characklis and K. C. Marshall (John Wiley and Sons, New York, 1990), pp. 523-584.
4. M. K. Patterson, G. R. Husted, A. Rutkowski and D. C. Mayette, Ultrapure Water 8, 18 (1991).
5. N. J. Dowling, M. W. Mittelman and J. C. Danko, Microbially Influenced Corrosion and Biodeterioration (The University of Tennessee Press, Knoxville, 1990).
6. T. R. Bott, Chemical Engineering Monographs, Vol. 26, ed. S. W. Churchill (Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 1995).
7. T. R. Bott, Appl. Therm. Eng. 18, 1059 (1998).
8. G. G. Geesey and J. D. Bryers, Biofilms II, Process Analyses and Applications, ed. J. D. Bryers (Wiley- Liss, New York, USA, 2000), pp. 237-279.
9. T. C. Tiller, Developments in Surface Contamination and Cleaning, eds. R. Kohli and K. L. Mittal (William Andrew, Inc., 2000), pp. 1013-1065.
10. T. H. Bae and T. M. Tak, J. Membr. Sci. 248, 1 (2005).
11. A. Rahimpour, S. S. Madaeni, A. H. Taheri and Y. Mansourpanah, J. Membr. Sci. 313, 158 (2008).
12. S. Ciston, R. M. Lueptow and K. A. Gray, J. Membr. Sci. 342, 263 (2009).
13. S. H. Kim, S. Y. Kwak, B. H. Sohn and T. H. Park, J. Membr. Sci. 211, 157 (2003).
14. The US National Nanotechnology Initiative Strategic Plan December 2007, www.nano.gov/NNI Strategic Plan 2007.pdf.
15. J. P. Ruparelia, A. K. Chatterjee, S. P. Duttagupta and S. Mukherji, Acta Biomater. 4, 707 (2008).
16. R. J. Narayan, C. J. Berry and R. L. Brigmon, Mater. Sci. Eng. B 123, 123 (2005).
17. T. Akasaka and F. Watari, Acta Biomater. 5, 607 (2009).
18. S. Kang, M. Pinault, L. D. Pfefferle and M. Elimelech, Langmuir 23, 8670 (2007).
19. L. R. Arias and L. Yang, Langmuir 25, 3003 (2009).
20. A. S. Brady-Estévez, S. Kang and M. Elimelech, Small 4, 481 (2008).
21. N. J. Shirtcliffe, F. B. Pyatt, M. I. Newton and G. McHale, J. Plant Physiol. 163, 1193 (2006).
22. H. L. Hsiang, M. T. Liang, Y. L. Chang, H. C. Huang and F. S. Yen, J. Ceram. Proc. Res. 11, 308 (2010).
23. B. Bhushan, K. Koch and Y. C. Jung, Ultramicroscopy 109, 1029 (2009).
24. O. Kesmez, H. E. Camurlu, E. Burunkaya and E. Arpac, Solar Energy Mater. Solar Cells 93, 1833 (2010).
25. C. Hu, C. Yang and S. Hu, Electrochem. Commun. 9, 128 (2007).
26. Y. Lin, L. F. Allard and Y. P. Sun, J. Phys. Chem. B 108, 3760 (2004).
27. M. Richards and T. E. Cloete, Nanotechnology in Water Applications, eds. T. E. Cloete, M. de Kwaadsteniet, M. Botes and J. M. López-Romero (Caister Academic Press, United Kingdom, 2010).
28. V. K. K. Upadhyayula and V. Gadhamshetty, Biotechnol. Adv. 28, 802 (2010).
29. M. M. Muniz-Miranda and N. Neto, Coll. Surf. A, Physicochem. Eng. Asp. 249, 79 (2004).
30. K. Ghosh and S. N. Maiti, J. Appl. Polym. Sci. 60, 323 (1996).
31. I. Sondi and B. Salopek-Sondi, J. Coll. Interf. Sci. 275, 177 (2004).
32. J. R. Morones, J. L. Elechiguerra, A. Camacho, K.Holt, J. B.Kouri, J.T. Ramirez andM. J. Yacaman, Nanotechnology 16, 2346 (2005).
33. Z. Zhang, L. Xhang, S. Wang,W. Chen and Y. Lei, Polymer 42, 8315 (2001).
34. W. Fritzsche, H. Porwol, A. Wiegand, S. Bornmann and J. M. Köhler, Nanostruct. Films 10, 89 (1998).
35. Y. Wang, Q. Yang, G. Shan, C. Wang, J. Du, S.Wang,Y. Li,X. Chen, X. Jin and Y. Wei, Mater. Lett. 59, 3046 (2005).
36. S. Liu, J. He, J. Xue and W. Ding, J. Nanopart. Res. 11, 553 (2009).
37. G. Dong, X. Xiao, X. Liu, B. Qian, Y. Liao, C. Wang, D. Chen and J. Qiu, Appl. Surf. Sci. 255, 7623 (2009).
38. C. H. Ho, J. Tobis, C. Sprich, R. Thomann and J. C. Tiller, Adv. Mater. 16, 957 (2004).
39. V. Sedlarik, T. Galya, J. Sedlarikova, P. Valasek and P. Saha, Polym. Degrad. Stab. 95, 399 (2010).
40. U. Konwar, N. Karak and M. Mandal, Prog. Org. Coat. 68, 265 (2010).
41. N. Zhou, Y. Liu, L. Li, N. Meng, Y. Huang, J. Zhang, S. Wei and J. Shen, Curr. Appl. Phys. 7S1, e58 (2007).
42. P. Evans and D. W. Sheel, Surf. Coat. Technol. 201, 9319 (2007).
43. L. H. Li, J. C. Deng, H. R. Deng, Z. L. Liu and X. L. Li, Chem. Eng. J. 160, 378 (2010).
44. J. Dai and M. L. Bruening, Nano Lett. 2, 497 (2002).
45. L. Chen, L. Zheng, Y. Lv, H. Liu, G. Wang, N. Ren, D. Liu, J. Wang and R. I. Boughton, Surf. Coat. Technol. 204, 3871 (2010).
46. M. Soloviev and A. Gedanken, Ultrason. Sonochem. 18, 356 (2011).
47. Y. Lv, H. Liu, Z. Wang, S. Liu, L. Hao, Y. Sang, D. Liu, J. Wang and R. I. Boughton, J. Membr. Sci. 331, 50 (2009).
48. Y. Lv, H. Liu, Z. Wang, L. Hao, J. Liu, J. Wang, G. Du, D. Liu, J. Zhan and J.Wang, Polym. Adv. Technol. 19, 1455 (2008).
49. P. Jain and T. Pradeep, Biotechnol. Bioeng. 90, 59 (2005).
50. H. L. Yang, J. C. T. Lin and C. Huang, Water Res. 43, 3777 (2009).
51. V. Acharya, C. R. Prabha and C. Narayanamurthy, Biomaterials 25, 4555 (2004).
52. N. Cioffi, L. Torsi, N. Ditaranto, G. Tantillo, L. Ghibelli, L. Sabbatini, T. Bleve-Zacheo, M. D'Alessio, P. G. Zambonin and E. Traversa, Chem. Mater. 17, 5255 (2005).
53. N. Cioffi, N. Ditaranto, L. Torsi, R. A. Picca, E. De Giglio, L. Sabbatini, L. Novello, G. Tantillo, T. Bleve-Zacheo and P. G. Zambonin, Anal. Bioanal. Chem. 382, 1912 (2005).
54. K. Akamatsu, S. Ikeda, H. Nawafune and S. Deki, Chem. Mater. 15, 2488 (2003).
55. C. J. Yu, L. Zhang, Z. Zheng and J. Zhao, J. Chem. Mater. 15, 2280 (2003).
56. Y. B. Xie and X. Z. Li, J. Hazard. Mater. 138, 526 (2006).
57. C. Maneerat and Y. Hayata, Int. J. Food Microbiol. 107, 99 (2006).
58. L. Hochmannova and J. Vytrasova, Prog. Org. Coat. 67, 1 (2010).
59. G. Fu, S. Vary and C. T. Lin, J. Phys. Chem. 109, 8889 (2005).
60. H. M. Yates, M. G. Nolan, D. W. Sheel and M. E. Pemble, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 179, 213 (2006).
61. A. C. Jones, T. J. Leedham, P. J. Wright, M. J. Crosbie, K. A. Fleeting, D. J. Otway, P. O'Brien and M. E. Pemble, J. Mater. Chem. 8, 1773 (1998).
62. K. Page, R. G. Palgrave, I. P. Parkin, M. Wilson, S. L. P. Savin and A. V. Chadwick, J. Mater. Chem. 17, 95 (2006).
63. S. Ko, C. K. Banerjee and J. Sankar, Compos. B: Eng. 42, 579 (2011).
64. X. Liu, X. Zhao, B. Li, C. Cao, Y. Dong, C. Ding and P. K. Chu, Acta Biomater. 4, 542 (2008).
65. L. Armelao, D. Barreca, G. Bottaro, A. Gasparotto, C. Maccato, C. Maragno, E. Tondello, U. L. Stangar, M. Bergant and D. Mahne, Nanotechnology 18, 1 (2007).
66. D. M. A. Alrousan, P. S. M. Dunlop, T. A. McMurray and A. Byrne, Water Res. 43, 47 (2009).
67. E. Hao, R. C. Bailey, G. C. Schatz, J. T. Hupp and S. Li, Nano Lett. 4, 327 (2004).
68. R. Lévy, N. T. K. Thanh, R. C. Doty, I. Hussain, R. J. Nichols, D. J. Schiffrin, M. Brust and D. G. Ferning, J. Am. Chem. Soc. 126, 10076 (2004).
69. S. K. Das, A. R. Das and A. K. Guha, Langmuir 25, 8192 (2009).
70. S. Perni, C. Piccirillo, J. Pratten, P. Prokopovich, W. Chrzanowski, I. P. Parkin and M. Wilson, Biomaterials 30, 89 (2009).
71. S. Shanmugam, B. Viswanathan and T. K. Varadarajan, Mater. Chem. Phys. 95, 51 (2006).
72. J. Sawai, J. Microbiol. Meth. 54, 177 (2003).
73. R. Brayner, R. Ferrari-Iliou, N. Brivois, S. Djediat, M. F. Benedetti and F. Fievet, Nano Lett. 6, 866 (2006).
74. J. T. Seil and T. J.Webster, 36th Annual Northeast Bioengineering Conf. (2010), p. 2.
75. D. S. Vicentini, A. Smania and M. C. M. Laranjeira, Mater. Sci. Eng. C 30, 503 (2010).
76. K. Pourrezaei, I. Shvets, M. DeLaurentis, R. L. Boxman, R. B. Beard, N. Croitoriu, M. Mukhtar, D. A. Logan and R. Rastogi, Surf. Coat. Technol. 68-69, 669 (1994).
77. S. Huang, B. Maynor, X. Cai and J. Liu, Adv. Mater. 15, 1651 (2003).
78. T. Liu, H. Tang, J. Zhao, D. Li, R. Li and X. Sun, Frontiers Mater. Sci. China 1, 147 (2007).
79. T. Liu, H. Q. Tang, X. M. Cai, J. Zhao, D. J. Li, R. Li and X. L. Sun, Nucl. Instrum. Met. Phys. Res. B 264, 282 (2007).
80. V. Krishna, S. Pumprueg, S. H. Lee, J. Zhao, W. Sigmund, B. Koopman and B. M. Moudgil, Process Safety Env. Protect. 83, 393 (2005).
81. T. S. Huang, Y. Tzeng, L. K. Liu, Y. C. Chen, K. R. Walker, R. Guntupalli and C. Liu, Diam. Rel. Mater. 13, 1098 (2004).
82. H. Wang, L. Gu, Y. Lin, F. Lu, M. J. Meziani, P. G. Luo, W. Wang, L. Cao and Y. P. Sun, J. Am. Chem. Soc. 128, 13364 (2006).
83. D. Nepal, S. Balasubramanian, A. L. Simonian and V. A. Davis, Nano Lett. 8, 1896 (2008).
84. R. Yanai, N. Yamada, K. Ueda, M. Tajiri, T. Matsumoto, K. Kido, S. Nakamura, F. Saito and T. Nishida, Cont. Lens Anterior Eye 29, 85 (2006).
85. K. G. Kristinsson, B. Jansen, U. Treitz, F. Schumacher-Perdreau, G. Peters and G. Pulverer, J. Biomater. Appl. 5, 173 (1991).
86. T. J. Simmons, S.H. Lee,T. J. Park,D. P.Hashim, P. M. Ajayan and R. J. Linhardt, Carbon 47, 1561 (2009).
87. P. van Broekhuizen, F. van Broekhuizen, R. Cornelissen and L. Reijnders, J. Nanopart. Res. 13, 447 (2011).
88. X. Liu, P. K. Chu and C. Ding, Mater. Sci. Eng. 70, 275 (2010).
89. D. Arcos and M. Vallet-Regí, Acta Biomater. 6, 2874 (2010).
90. A. F. Galio, S. V. Lamaka, M. L. Zheludkevich, L. F. P. Dick, I. L. Müller and M. G. S. Ferreira, Surf. Coat. Technol. 204, 1479 (2010).
91. H. J. Jeon, S. C. Yi and S. G. Oh, Biomaterials 24, 4921 (2003).
92. M. C. Bautista and A. Morales, Sol. Ener. Mater. Sol. C 80, 217 (2003).
93. T. L. Metroke, R. L. Parkhill and E. T. Knobbe, Prog. Org. Coat. 41, 233 (2001).
94. B. Dun and J. I. Zink, J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 93B, 448 (2007).
95. S. A. Amin, M. Pazouki and A. Hosseinnia, Powder Technol. 196, 241 (2009).
96. C. Durucan and B. Akkopru, J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 93, 448 (2010).
97. F. Schwarz, G. Thorwarth and B. Stritzker, Solid State Sci. 11, 1819 (2009).
98. H. Ren and L. Zhang, Coll. Surf. A: Physiochem. Eng. Asp. 372, 98 (2010).
99. S. Hirano, Biotechnol. Annu. Rev. 2, 237 (1996).
100. S. Sakawaki, Spin-coating process, United States Patent, Appl. No. 77070 (1979).
101. R. Dineshram, R. Subrasi, K. R. C. Somaraju, K. Jayaraj, L. Vedaprakash, K. Ratnam, S. V. Joshi and R. Venkatesan, Coll. Surf. B Biointerf. 74, 75 (2009).
102. J. Chapman, E. Weir and F. Regan, Coll. Surf. B Biointerf. 78, 208 (2010).
103. J. Musil and J. Vlĉek, Czech. J. Phys. 48, 1209 (1998).
104. J. Musil and J. Vlĉek, Thin Solid Films 47, 343 (1999).
105. J. Musil and J. Vlĉek, Surf. Coat. Technol. 142-144, 557 (2001).
106. V. Vishwakarma, N. Manoharan, R. P. George, S. Dash, M. Kamruddin, A. K. Tyagi and R. K. Daya, J. Nanosci. Nanotechnol. 9, 5480 (2009).
107. H. G. P. Lewis, N. P. Bansal, A. J. White and E. S. Handy, Thin Solid Films 517, 3551 (2009).
108. K. Esumi, M. Wakabayashi and K. Torigoe, Coll. Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 109, 55 (1996).
109. T. Itakura, K. Torigoe and K. Esumi, Langmuir 11, 4129 (1995).
110. H. H. Huang, X. P. Ni, G. L. Loy, C. H. Chew, K. L. Tan, F. C. Loh, J. F. Deng and G. Q. Xu, Langmuir 12, 909 (1996).
111. K. Esumi, N. Sato, K. Torigoe and K. J. Meguro, J. Coll. Interf. Sci. 149, 295 (1992).
112. N. Ishizuki, K. Torigoe, K. Esumi and K. Meguro, Coll. Surf. 55, 15 (1991).
113. K. Esumi, A. Suzuki, N. Aihara, K. Usui and K. Torigoe, Langmuir 14, 3157 (1998).
114. C. Decker, Polym. Int. 45, 133 (1998).
115. T. Vladkova, J. Univ. Chem. Technol. Metall. 42, 239 (2007).
116. A. Bilyk, S. Li, J. Murphy, S. Petinakis, K. Zerdin and A. Scully, Prog. Org. Coat. 62, 40 (2008).
117. J. Ramsay, B. Rhazi, A. Garnier, S. Sapieha, C. Chavarie and B. Ramsay, J. Fermentation Bioeng. 83, 173 (1997).
118. M. Z. Elsabee, E. S. Abdou, K. S. A. Nagy and M. Eweis, Carbohydrate Polym. 71, 187 (2008).
119. P. Alves, S. Pinto, J. P. Kaiser, A. Bruinink, H. C. de Sousa and M. H. Gil, Coll. Surf. B 82, 371 (2011).
120. I. Piwonski, K. Kdziola, A. Kisielewski, K. Soliwoda, M. Wolszczak, K. Lisowska, N. Wronska and A. Felczak, Appl. Surf. Sci. 257, 7076 (2011).
121. N. S. Allen, M. Edge, A. Ortega, G. Sandoval, C. M. Liauw, J. Verran, J. Stratton and R. B. McIntyre, Polym. Degrad. Stabil. 85, 927 (2004).
122. L. Caballero, K. A. Whitehead, N. S. Allen and J. Verran, Dyes Pigm. 86, 56 (2010).
123. A. Kumar, P. K. Vemula, P. M. Ajayan and G. John, Nat. Mater. 7, 236 (2008).
124. R. R. Khaydarov, R. A. Khaydarov, O. Gapurova, Y. Estrin, S. Evgrafova,T. Scheper and S. Y. Cho, NATO Sci. Peace and Security A: Chem. Biol. 5, 215 (2009).
125. R. R. Khaydarov, K. A. Khaydarov, S. Evgrafova and Y. Estrin, NATO Sci. Peace Security A: Chem. Biol. 3, 169 (2011).
126. Y. Le, P. Hou, J. Wang and J. F. Chen, Mater. Chem. Phys. 120, 351 (2010).
127. P. Jones, Polym. Paint Colour J. 200, 40 (2010).
128. N. C. Mueller and B. Nowack, Environ. Sci. Technol. 42, 4447 (2008).
129. J. Brame, Q. Li and J. J. Alvarez, Trends Food Sci. Techn. (2011), in press.
130. R. Kaegi, A. Ulrich, B. Sinnet, R. Vonbank, A. Wichser, S. Zuleeg, H. Simmler, S. Brunner, H. Vonmont, M. Burkhardt and M. Boller, Environ. Pollut. 156, 233 (2008).
131. R. Kaegi, B. Sinnet, S. Zuleeg, H. Hagendorfer, E. Mueller, R. Vonbank, M. Boller and M. Burkhardt, Environ. Pollut. 158, 2900 (2010).
132. J. Lee, S. Mahendra and P. J. J. Alvarez, ACS Nano 4, 3580 (2010).
133. M. Vorbau, L. Hilleman and M. Stintz, J. Aerosol Sci. 40, 209 (2009).
134. D. Göhler, M. Stintz, L. Hilleman and M. Vorbau, Ann. Occup. Hyg. 54, 615 (2010).
135. I. K. Koponen, K. A. Jensen and T. Schneider, J. Exp. Sci. Environ. Epidemiol. 21, 408 (2011).