Einfluss bakteriostatischer/bakterizider Substanzen auf die bakterielle Adhäsion und Biofilmbildung in Echtzeit: = Influence of bacteriostatic/bactericidal substances on bacterial adhesion and and biofilm formation in real time

Media type: E-Book

Title: Einfluss bakteriostatischer/bakterizider Substanzen auf die bakterielle Adhäsion und Biofilmbildung in Echtzeit

Other titles: Influence of bacteriostatic/bactericidal substances on bacterial adhesion and and biofilm formation in real time

Contributor: Wieland, Tobias [Verfasser]; Urban, Gerald A. [Akademischer Betreuer]; Urban, Gerald A. [Reviewer]; Stieglitz, Thomas [Reviewer]

Corporation: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Professur für Sensoren ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät für Angewandte Wissenschaften ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät für Angewandte Wissenschaften

imprint: Freiburg: Universität, 2024

Extent: Online-Ressource

Language: German

DOI: 10.6094/UNIFR/242633

Identifier:

Keywords: Biofilm ; Sensor ; Antimikrobieller Wirkstoff ; Biosensor ; Sensortechnik ; Mikrobiologie ; (local)doctoralThesis

Origination:

University thesis: Dissertation, Universität Freiburg, 2022

Footnote:

Description: Abstract: In der vorliegenden Arbeit wird in Echtzeit untersucht, wie sich verschiedene bakteriostatische und bakterizide Substanzen für die Hemmung und Lyse, von zum Teil schon aufgewachsenen Biofilmen, eignen. Neben Desinfektionsmitteln wird auch Plasma eingesetzt, was einen neuartigen alternativen Ansatz darstellt. Ein großer Fokus wird auf die Verwendung von antimikrobiellen Peptiden (AMPs) gelegt, da diese eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Antibiotika darstellen. Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wird auf die Adhäsion von Calciumhydrogencarbonat und die Beeinflussung von steril filtrierten Speichel auf die Biofilmbildung eingegangen. Zur Aufzeichnung der Adhäsion und im weiteren Verlauf der Biofilmbildung wird ein thermischer Sensor verwendet, der in dieser Arbeit weiterentwickelt wird. Neben den Messungen mit dem thermischen Sensor wird zur Evaluierung eine Quartz Mikrokristallwaage (QCM) und Weißlichtinterferometrie (WLI) eingesetzt. Zur Bestimmung der noch lebenden Bakterien auf der Oberfläche der Sensormembran werden verschiedene biologische Versuchsreihen durchgeführt und ein neuartiges koloniebildende Einheit (KbE)-Biofilm-Assay entwickelt. Der thermische Sensor besteht aus einer dünnen Siliziumnitridmembran, auf der ein Heizer und mindestens ein Thermistor aufgebracht sind. Ausgehend vom Heizer propagiert das Wärmesignal über die Oberfläche der Membran des Sensors, wo die abfallende Wärme durch den Thermistor detektiert wird. Durch die sich ergebende Änderung der thermischen Eigenschaften, wie Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität, kommt es zu einer Änderung von Amplitude und Phasenverschiebung. Ein neu entwickeltes Reinigungsprotokoll erlaubt die Wiederverwendung der Sensoren und führt zu einer Reduzierung der Kosten. Bei dem neuen Sensordesign soll das Sensorlayout daraufhin optimiert, dass Sensoren mit einheitlichen Eigenschaften produziert werden, welche bei dem alten Sensordesign sehr variabel waren. Die Qualität der Sensormessungen soll signifikant verbessert werden, indem die aktiven Strukturen für die Biofilmmessung optimiert und dabei auch die Qualität und Ausbeute der Sensoren verbessert werden, was anhand eines neuen Waferlayouts realisiert wird. Der neu entwickelte Sensor kann als einfache Detektionsmethode zur Untersuchung der bakteriellen Adhäsion und Biofilmbildung und der Wirkung von bakteriostatischen und bakteriziden Substanzen eingesetzt werden

Abstract: The present work investigates how in real time different bacteriostatic and bactericidal substances are suitable for inhibition and lysis of partially established biofilms. In addition to disinfectants, plasma is also used, which is a novel alternative approach. A great deal of focus is placed on the use of antimicrobial peptides (AMPs), as these represent a promising alternative to conventional antibiotics. In the course of this thesis the adhesion of calcium bicarbonate and the effect of sterile filtered saliva on biofilm formation will also be addressed. A thermal sensor, which is being further developed in this work, is used to record the adhesion and biofilm formation. In addition to the measurements with the thermal sensor, a quartz crystal microbalance (QCM) and white light interferometry (WLI) are also used for evaluation. To determine the number of bacteria still alive on the surface of the sensor membrane, various biological assays will be carried out and a novel Colony-forming unit (CFU) biofilm assay will be developed. The thermal sensor consists of a thin silicon nitride membrane on which a heater and at least one thermistor are deposited. From the heater, the heat signal propagates across the surface of the sensor, where the change in temperature is detected by the thermistor. Any change in thermal properties, such as thermal conductivity and heat capacity, causes a change of amplitude and phase shift. A newly developed cleaning protocol allows the sensors to be reused and leads to a reduction in costs. In the new sensor design, the sensor Iayout has been optimised to produce sensors with uniform properties, which were highly variable in the old sensor design. The quality of the sensor measurements shall be improved significantly by optimising the active structures for biofilm measurement and thereby also improving the quality and yield of the sensors, which is being realised using a new wafer Iayout. The newly developed sensor can be used as a simple detection method to investigate bacterial adhesion and biofilm formation and the effect of bacteriostatic and bactericidal substances

Access State: Open Access

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