在蜻蜓翅膀上发现复杂的纳米几何形状可提高抗菌表面的效率

时间：2022-04-21 14:25:05 来源：

形成抗菌纳米结构的支柱的图像。

Rovira i Virgili大学的研究人员已经开发出一种纳米尺度的理论模型，可以通过弹力产生杀死细菌的结构。这项研究的结果为创建新的抗菌材料铺平了道路。

对抗生素的耐药性已成为严重的公共卫生问题。医院感染，假体或外科植入物被感染且对治疗无反应，这是研究界面临的真正挑战，多年来，研究界一直在寻找有效消除这些细菌的替代方法。

2012年，来自Rovira i Virgili大学化学工程系，Vladimir Baulin和Sergey Pogodin的研究人员开展了一系列研究，以开发受昆虫启发的抗菌模型。例如，蜻蜓的翅膀由纳米级几何形状的复杂结构组成，可以高效地杀死细菌。为了理解这些形式并将其复制为新的抗菌材料，由莱比尼兹聚合物研究所（德国德累斯顿）的弗拉基米尔·鲍林，马克·沃纳和澳大利亚皇家墨尔本理工大学的埃琳娜·伊凡诺娃组成的小组发现了这些问题。纳米柱的弹性是关键因素，因为它们可以保留并释放足够的能量来杀死细菌。

几年前开始的研究线已经发现，这些昆虫的翅膀由纳米柱的结构组成，该结构以机械方式消除细菌，这就是所谓的杀生物作用。这些机械杀菌特性使细菌在与支柱接触时几乎不需要任何化学物质即刻被杀死，从而引发了许多问题，研究人员正在尝试通过尝试不同的形状和几何形状来回答这些问题，以帮助他们了解哪种具有最有效的杀菌作用。

Rovira i Virgili大学化学工程系研究员Vladimir Baulin。

他们通过改变柱子的高度并保持其他尺寸不变来研究纳米表面的杀菌能力。刚刚在PNAS杂志上发表的结果表明，这些支柱的灵活性与其外观紧密相关。弗拉基米尔·鲍林（Vladimir Baulin）说：“如果其中一个尺寸比其他尺寸长得多（例如，吉他弦或长支柱），则即使坚固和刚性的材料也变得灵活。”研究人员开发了一个物理模型，该模型表明，当细菌与这些支柱接触时，即使在很小的规模下，它们也可以积累弹性能。由于有了该模型，现在可以计算其他结构的弹性响应并优化其抗菌性能。

细菌接触导致的柱形变形力非常高，以至于它们甚至可以破坏细菌的细胞壁，从而提供了一种杀死细菌的新机制。这些力与施加在细菌细胞上的表面张力有关。靠近细菌的柱子在边缘延伸得更多，而位于细菌中心下方的柱子实际上没有变化。因此，研究表明，纳米表面柱高度的逐渐变化可以决定其杀菌功效。

这一发现可能会导致一类全新的抗菌材料，其范围从食品包装到过滤器或口罩。与传统的过滤器不同，传统的过滤器会保留细菌但不会使其失活，这种新型的纳米级弹性材料可以在几分钟内安全地杀死细菌，这意味着它们无法激活任何防御机制或完全没有抵抗力，鲍林总结道。

参考：“纳米结构表面的多方面机械杀菌机理”，作者：Elena P. Ivanova，Denver P. Linklater，Marco Werner，Vladimir A. Baulin，XiuMei Xu，Nandi Vrancken，Sergey Rubanov，Eric Hanssen，Jason Wandiyanto，Vi Khanh Truong ，亚伦·艾伯恩（Aaron Elbourne），沙恩·麦克劳林（Shane Maclaughlin），索利乌斯·朱德卡兹（Saulius Juodkazis）和罗素·J·克劳福德（Russell J.Crawford），2020年5月26日，美国国家科学院院刊。
10.1073 / pnas.1916680117

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