Nouvelle stratégie antibiofilm par dépôt LBL d’un polyélectrolyte cationique sur la membrane de dialyse anionique AN69 An innovative approach in the range to antibiofouling processes by LBL deposition of a cationic polyelectrolyte on the AN69 dialysis anionic membrane

Résumé

Cette étude présente une stratégie antibiofilm appliquée à une membrane de dialyse, l’AN69; il s’agit de réaliser une modification initiale de la surface de la membrane par un polyélectrolyte cationique, le poly(diallyldiméthyl-ammonium), noté PDADMA, selon un protocole de type « layer-by-layer ». Les caractéristiques physico-chimiques des deux membranes, l’AN69 et l’AN69 modifiée par le PDADMA, sont suivies par la détermination de la modification de la charge de la membrane en mettant en oeuvre des mesures de potentiels d’écoulement et de nombres de transports de Li⁺, de perméabilité hydraulique et des analyses morphologiques et topographiques effectuées par les microscopies électroniques à balayage et à force atomique, respectivement avant et après exposition à E. coli et à un biofilm marin. Nos résultats montrent tout d’abord un rôle majeur joué par l’attraction électrostatique entre les microorganismes et l’AN69 modifiée par le PDADMA à l’origine d’une adhésion forte des bactéries.

Par ailleurs, nous avons mis au point un protocole original d’élimination du biofilm marin. Ce protocole consiste à immerger la membrane modifiée par le PDADMA et encrassée, dans une solution de chlorure de sodium 2M afin d’écranter les charges électrostatiques à l’origine de l’accroche du polyélectrolyte et permettre le décrochage du PDADMA qui entraîne avec lui l’encrassement (constitué de bactéries et autres résidus de biofilm). La recharge d’un film frais de PDADMA permet alors une réutilisation à l’infini de la membrane AN69. La simplicité de ce protocole « de régénération » ouvre la possibilité d’une modification non permanente des membranes de dialyse, dans le but de limiter les problèmes récurrents de biocolmatage et d’augmenter les durées de vie des membranes en milieu marin.

Mots clés:

• revêtement antibiofilm,
• poly(diallyldiméthyl-ammonium),
• membrane de dialyse AN69,
• Escherichia coli,
• bio-colmatage marin

Abstract

The harmful effects generated by biofilms have an extremely high cost. In this study, we were interested in the formation of marine biofilms forming on the wellknown anionic dialysis membrane AN69 used in the reduction of seawater salinity for the preparation of body-washing solutions. We focused our study on two membranes: AN69 and AN69 modified (denoted AN69 mod) by the sorption of poly(diallyldimethyl-ammonium), a cationic polyelectrolyte denoted by PDADMA. Physico-chemical characteristics (membrane charge from Li⁺ transport and streaming potential measurements, water flux from hydraulic permeability measurements and morphological/topographical measurements using SEM and AFM, respectively) were monitered during the exposure of both membranes to E. coli and natural marine biofouling solutions. Our results showed that the modification of the AN69 membrane by PDADMA its charge and increased its electrostatic affinity for bacteria. Electrostatics forces are, therefore, the main forces responsible for membrane biofouling. Furthermore we developed a simple antibiofilm protocol based on a one-step dipping operation applied to the fouled AN69 membrane which eliminates the PDADMA and associated bacteria. For the first time, all deposited marine bacteria were easily eliminated allowing for the regeneration and sustainable use of the AN69 membrane.

Key words:

• dialysis membrane AN69,
• antifouling coating,
• poly(diallyldimethylammonium),
• Escherichia coli,
• marine biofouling