Plasma-modified biomaterials for self-antimicrobial applications

ACS Applied Materials and Interfaces

Volumn 3, Issue 8, 2011, Pages 2851-2860

  Wu, Shuilin ^a,b   Liu, Xiangmei ^a,b,c   Yeung, Amy ^c   Yeung, Kelvin W K ^c   Kao, R Y T ^d   Wu, Guosong ^a   Hu, Tao ^a   Xu, Zushun ^a,b   Chu, Paul K ^d  

^a CITY UNIVERSITY OF HONG KONG   (Hong Kong)

^b HUBEI UNIVERSITY   (China)

^c UNIVERSITY OF HONG KONG   (Hong Kong)

^d UNIVERSITY OF HONG KONG   (Hong Kong)

Author keywords

antimicrobial; biomaterials; plasma surface modification; self decontamination

Indexed keywords

ANTIBACTERIAL EFFECTS; ANTIBACTERIAL PROPERTIES; ANTIMICROBIAL; BIOCIDAL AGENTS; INTERDISCIPLINARY TEAMS; MECHANISTIC STUDIES; PHYSIOCHEMICAL PROCESS; PLASMA SURFACE MODIFICATION; PLASMA TREATMENT; PROCESSING PARAMETERS; SELF-DECONTAMINATION; SURFACE CHARACTERISTICS; SURFACE COMPATIBILITY; SURFACE FREE ENERGY;

CHEMICAL BONDS; ELECTRONEGATIVITY; FREE ENERGY; MEDICAL APPLICATIONS; MICROORGANISMS; PLASMAS; SURFACE TREATMENT; TISSUE; TISSUE ENGINEERING;

PLASMA APPLICATIONS;

ANTIINFECTIVE AGENT; BIOMATERIAL; METAL; TITANIUM;

CERAMICS; CHEMISTRY; REVIEW; SURFACE PROPERTY; TISSUE ENGINEERING;

ANTI-INFECTIVE AGENTS; BIOCOMPATIBLE MATERIALS; CERAMICS; METALS; SURFACE PROPERTIES; TISSUE ENGINEERING; TITANIUM;

EID: 84855171884     PISSN: 19448244     EISSN: 19448252     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/am2003944     Document Type: Article

References (87)

1. Gupta, A. K.; Gupta, M. Biomaterials 2005, 26, 3995
2. Liu, X. Y.; Chu, P. K.; Ding, C. X. Mater. Sci. Eng., R 2004, 47, 49
3. Yang, W. S.; Auciello, O.; Butler, J. E.; Cai, W.; Carlisle, J. A.; Gerbi, J.; Gruen, D. M.; Knickerbocker, T.; Lasseter, T. L.; Russell, J. N.; Smith, L. M.; Hamers, R. J. Nat. Mater. 2002, 1, 253
4. Campoccia, D.; Montanaro, L.; Arciola, C. R. Biomaterials 2006, 27, 2331
5. Esposito, M.; Hirsch, J. M.; Lekholm, U.; Thomsen, P. Eur. J. Oral Sci. 1998, 106, 721-764
6. Neut, D.; van Horn, J. R.; van Kooten, T.G.; van der Mei, H. C.; Busscher, H. J. Clin. Orthop. Rel. Res. 2003, 413, 261
7. Arciola, C. R.; Alvi, F. I.; An, Y. H.; Campoccia, D.; Montanaro, L. Int. J. Artif. Organs 2005, 28, 1119
8. Manangan, L. P.; Pearson, M. L.; Tokars, J. I.; Miller, E.; Jarvis, W. R. Emerging Infect. Dis. 2002, 8, 233
9. Kelland, K. Clin. Infect. Dis. 2011, 52, I
10. Zhu, H.; Kumar, A.; Ozkan, J.; Bandara, R.; Ding, A.; Perera, I.; Steinberg, P.; Kumar, N.; Lao, W.; Griesser, S. S.; Britcher, L.; Griesser, H. J.; Willcox, M. D. P. Optom. Vis. Sci. 2008, 85, 292-300
11. Humphries, M.; Jaworzyn, J. F.; Cantwell, J. B.; Eakin, A. FEMS Microbiol. Lett. 1987, 42, 91
12. Klemm, P.; Vejborg, R. M.; Hancock, V. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2010, 88, 451
13. Cheng, G.; Zhang, Z.; Chen, S. F.; Bryers, J. D.; Jiang, S. Y. Biomaterials 2007, 28, 4192
14. Jiang, S. Y.; Cao, Z. Q. Adv. Mater. 2010, 22, 920
15. Chen, S. F.; Li, L. Y.; Zhao, C.; Zheng, J. Polymer 2010, 51, 5283
16. Kingshott, P.; Wei, J.; Bagge-Ravn, D.; Gadegaard, N.; Gram, L. Langmuir 2003, 19, 6912
17. Chua, P. H.; Neoh, K. G.; Kang, E. T.; Wang, W. Biomaterials 2008, 29, 1412
18. Hu, X. F.; Neoh, K. G.; Shi, Z. L.; Kang, E. T.; Poh, C.; Wang, W. Biomaterials 2010, 31, 8854
19. Adout, A.; Kang, S.; Asatekin, A.; Mayes, A. M.; Elimelech, M. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 2406
20. Vejborg, R. M.; Bernbom, N.; Gram, L.; Klemm, P. J. Appl. Microbiol. 2008, 105, 141
21. Bosma, J. W.; Siegert, C. E. H.; Peerbooms, P. G. H.; Weijmer, M. C. Nephrol. Dial. Transplant. 2010, 25, 1213
22. Hendricks, S. K.; Kwok, C.; Shen, M. C.; Horbett, T. A.; Ratner, B. D.; Bryers, J.D. J. Biomed. Mater. Res. 2000, 50, 160
23. Hancock, V.; Ferrières, L.; Klemm, P. Microbiology 2008, 154, 167
24. Mills, S. A.; Marletta, M. A. Biochemistry 2005, 44, 13553
25. Banin, E.; Vasil, M. L.; Greenberg, E. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 11076
26. Díaz, C.; Schilardi, P. L.; Salvarezza, R. C.; de Mele, M. F. L. Langmuir 2007, 23, 11206
27. Santo, C. E.; Lam, E. W.; Elowsky, C. G.; Quaranta, D.; Domaille, D. W.; Chang, C. J.; Grass, G. Appl. Environ. Microbiol. 2011, 77, 794
28. Li, W. R.; Xie, X. B.; Shi, Q. S.; Zeng, H. Y.; Ou-Yang, Y. S.; Chen, Y. B. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2010, 85, 1115
29. Jung, W. K.; Koo, H. C.; Kim, K. W. Appl. Environ. Microbiol. 2008, 74, 2171
30. Chanawanno, K.; Chantrapromma, S.; Anantapong, T.; Kanjana-Opas, A.; Fun, H. K. Eur. J. Med. Chem. 2010, 45, 4199
31. Simoes, M.; Pereira, M. O.; Machado, I.; Simoes, L. C.; Vieira, M. J. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2006, 33, 741
32. Liu, X. F.; Guan, Y. L.; Yang, D. Z.; Li, Z.; Yao, K. D. J. Appl Polym. Sci. 2001, 79, 1324
33. Rabea, E. I.; Badawy, M. E. T.; Stevens, C. V. Biomacromolecules 2003, 4, 1457
34. Wang, X. H.; Du, Y. M.; Fan, L. H.; Liu, H.; Hu, Y. Polym. Bull. 2005, 55, 105
35. Liu, L. H.; Xu, K. J.; Wang, H. Y.; Tan, P. K. J.; Fan, W. M.; Venkatraman, S. S.; Li, L. J.; Ynag, Y. Y. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 457
36. Conlon, J. M.; Galadari, S.; Raza, H.; Condamine, E. Chem. Biol. Drug Des. 2008, 72, 58
37. Jenssen, H.; Hamill, P.; Hancock, R. E. W. Clin. Microbiol. Rev. 2006, 19, 491
38. Carrillo, C.; Teruel, J. A.; Aranda, F. J.; Ortiz, A. Biochim. Biophys. Acta 2003, 1611, 91
39. Nekhotiaeva, N.; Awasthi, S. K.; Nielsen, P. E.; Good, L. Mol. Ther. 2004, 10, 652
40. Lan, Y.; Ye, Y.; Kozlowska, J.; Lam, J. K. W.; Drake, A. F.; Mason, A. J. Biochim. Biophys. Acta-Biomembr. 2010, 1798, 1934
41. Chu, P. K.; Chen, J. Y.; Wang, L. P.; Huang, N. Mater. Sci. Eng., R 2002, 36, 143
42. Huh, M. W.; Kang, I. K.; Lee, D. H.; Kim, W. S.; Lee, D. H.; Park, L. S.; Min, K. E.; Seo, K.H. J. Appl. Polym. Sci. 2001, 81, 2769
43. Jiang, H. Q.; Manolache, S.; Wong, A. C. L.; Denes, F.S. J. Appl. Polym. Sci. 2004, 93, 1411
44. Wang, J.; Huang, N.; Yang, P.; Leng, Y.; Sun, H.; Liu, Z. Y.; Chu, P. K. Biomaterials 2004, 25, 3163
45. Yang, M. R.; Chem, K. S.; Rsai, J. C.; Tseng, C. C.; Lin, S. F. Mater. Sci. Eng., C 2002, 20, 167
46. Wang, C. C.; Yang, F. L.; Liu, L. F.; Fu, Z. M.; Xue, Y. J. Membr. Sci. 2009, 345, 223
47. Cramton, S. E.; Gerke, C.; Schnell, N. F.; Nichols, W. W.; Gotz, F. Infect. Immun. 1999, 67, 5427
48. Ha, K. Y.; Chung, Y. G.; Ryoo, S. J. Spine 2005, 32, 170
49. Pawlowski, K. S.; Wawro, T.; Roland, P. S. Otol. Neurotol. 2005, 26, 972
50. Ehrlich, G. D.; Stoodley, P.; Kathju, S.; Zhao, Y. J.; McLeod, B. R.; Balaban, N.; Hu, F. Z.; Sotereanos, N. G.; Costerton, J. W.; Stewart, P. S.; Post, J. C.; Lin, Q. Clin. Orthop. Relat. Res. 2005, 437, 59
51. Jing, Y.; Tian, W. S.; Li, Q. B.; Yang, L.; Cao, A. M. Biomacromolecules 2004, 5, 2258
52. Li, H. Y.; Chang, J.; Cao, A. M.; Wang, J. Y. Macromol. Biosci. 2005, 5, 433
53. Wang, H. Y.; Ji, J. H.; Zhang, W.; Wang, W.; Zhang, Y. H.; Wu, Z. W.; Zhang, Y. M.; Chu, P. K. Acta Biomater. 2010, 6, 154
54. Di Landro, L.; Capone, C.; Inzoli, F.; Malacari, P. E. J. Vinyl Addit. Technol. 2005, 11, 111
55. Yaremchuk, M. J. Plast. Reconstr. Surg. 2003, 111, 1818
56. Zhang, W.; Chu, P. K.; Ji, J. H.; Zhang, Y. H.; Liu, X. Y.; Fu, R. K. Y.; Ha, P. C. T.; Yan, Q. Biomaterials 2006, 27, 44
57. Zhang, W.; Chu, P. K.; Ji, J. H.; Zhang, Y. H.; Fu, R. K. Y.; Yan, Q. Polymer 2006, 47, 931
58. Zhang, W.; Luo, Y. J.; Wang, H. Y.; Jiang, J.; Pu, S. H.; Chu, P. K. Acta Biomater. 2008, 4, 2028
59. Zhang, W.; Zhang, Y. H.; Ji, J. H.; Yan, Q.; Huang, A. P.; Chu, P.K. J. Biomed. Mater. Res., Part A 2007, 83, 838
60. Zhang, W.; Ji, J. H.; Zhang, Y. H.; Yan, Q.; Kurmaev, E. Z.; Moewes, A.; Zhao, J.; Chu, P. K. Appl. Surf. Sci. 2007, 253, 8981
61. Zhang, W.; Zhang, Y. H.; Ji, J. H.; Zhao, J.; Yan, Q.; Chu, P. K. Polymer 2006, 47, 7441
62. Zhang, W.; Chu, P. K. Surf. Coat. Technol. 2008, 203, 909
63. Sondi, I.; Salopek-Sondi, B. J. Colloid Interface Sci. 2004, 275, 177
64. Raffi, M.; Mehrwan, S.; Bhatti, T. M.; Akhter, J. I.; Hameed, A.; Yawar, W.; ul Hasan, M. M. Ann. Microbiol. 2010, 60, 75
65. Zhao, L. Z.; Chu, P. K.; Zhang, Y. M.; Wu, Z.F. J. Biomed. Mater. Res., Part B 2009, 91, 470
66. Cao, H. L.; Liu, X. Y.; Meng, F. H.; Chu, P. K. Biomaterials 2011, 32, 693
67. Tian, X. B.; Wang, Z. M.; Yang, S. Q.; Luo, Z. J.; Fu, R. K. Y.; Chu, P. K. Surf. Coat. Technol. 2007, 201, 8606
68. Wu, S. L.; Liu, X. M.; Hu, T.; Jiang, J.; Chu, P. K.; Yeung, K. W. K.; Chung, C. Y.; Chu, C. L.; Xu, Z.; Lu, W. W.; Cheung, K. M. C.; Luk, K.D.K. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, C187
69. Wu, S. L.; Liu, X. M.; Chan, Y. L.; Chu, P. K.; Chung, C. Y.; Chu, C. L.; Yeung, K. W. K.; Lu, W. W.; Cheung, K. M. C.; Luk, K.D.K. J. Biomed. Mater. Res., Part A 2009, 89, 483
70. Wu, S. L.; Liu, X. M.; Chan, Y. L.; Ho, J. P. Y.; Chung, C. Y.; Chu, P. K.; Chu, C. L.; Yeung, K. W. K.; Lu, W. W.; Cheung, K. M. C.; Luk, K.D.K. J. Biomed. Mater. Res., Part A 2007, 81, 948
71. Jing, F. J.; Huang, N.; Liu, Y. W.; Zhang, W.; Zhao, X. B.; Fu, R. K. Y.; Wang, J. B.; Shao, Z. Y.; Chen, J. Y.; Leng, Y. X.; Liu, X. Y.; Chu., P. K. J. Biomed. Mater. Res., Part A 2008, 87, 1027
72. Wu, S. L.; Liu, X. M.; Chung, C. Y.; Chu, P. K.; Chu, C. L.; Yeung, K. W. K. Surf. Rev. Lett. 2008, 15, 97
73. Wu, S. L.; Liu, X. M.; Hu, T.; Chu, P. K.; Ho, J. P. Y.; Chan, Y. L.; Yeung, K. W. K.; Chu, C. L.; Hung, T. F.; Huo, K. F.; Chung, C. Y.; Lu, W. W.; Cheung, K. M. C.; Luk, K. D. K. Nano Lett. 2008, 8, 3803
74. Cui, F. Z.; Li, D. J. Surf. Coat. Technol. 2000, 131, 481
75. Mejia, M. I.; Restrepo, G.; Marin, J. M.; Sanjines, R.; Pulgarin, C.; Mielczarski, E.; Mielczarski, J.; Kiwi, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 230
76. Yuvaraj, D.; Kaushik, R.; Rao, K. N. ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 1019
77. Kwok, S. C. H.; Zhang, W.; Wan, G. J.; McKenzie, D. R.; Bilek, M. M. M.; Chu, P. K. Diam. Relat. Mater. 2007, 16, 1353
78. Stevens, K. N.; Knetsch, M. L.; Sen, A.; Sambhy, V.; Koole, L. H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 2049
79. Yu, D. G.; Lin, W. C.; Yang, M. C. Bioconjugate Chem. 2007, 18, 1521
80. Akhavan, O.; Ghaderi, E. Curr. Appl. Phys. 2009, 9, 1381
81. Gray, J. E.; Norton, P. R.; Alnouno, R.; Marolda, C. L.; Valvano, M. A.; Griffiths, K. Biomaterials 2003, 24, 2759
82. Poortinga, A. T.; Bos, R.; Busscher, H. J. Colloid Surf., B 2001, 20, 105
83. Satishkumar, R.; Vertegel, A. Biotechnol. Bioeng. 2008, 100, 403
84. Busscher, H. J.; Weerkamp, A. H.; Vandermei, H. C.; Vanpelt, A. W. J.; Dejong, H. P.; Arends, J. Appl. Environ. Microbiol. 1984, 48, 980
85. Wu, S. L.; Liu, X. M.; Yeung, A.; Yeung, K. W. K.; Kao, R. Y. T.; Cheung, K. M. C.; Chu, P. K. The relationship between antimicrobial effects and plasma-modified surface of biomedical titanium alloy. Unpublished results.
86. Liu, X. M.; Wu, S. L.; Chu, P. K.; Chung, C. Y.; Chu, C. L.; Chan, Y. L.; Lam, K. O.; Yeung, K. W. K.; Lu, W. W.; Cheung, K. M. C.; Luk, K.D.K. J. Nanosci. Nanotechnol. 2009, 9, 3449
87. Rinner, M.; Gerlach, J.; Ensinger, W. Surf. Coat. Technol. 2000, 132, 111