钛材质构成的刺通过撕裂超级细菌来杀死它们而无需使用药物

来源：cnBeta 　2023-08-31 05:52:47

受一些昆虫翅膀上细菌杀灭结构的启发，研究人员开发出了一种无药杀灭耐药微生物的方法，这些微生物通常会引起医院感染。他们的技术是解决抗生素耐药性超级细菌问题的一种新颖而有效的方法。

研究人员发现，蚀刻在钛金属上的微型尖刺能使微生物破裂，例如这个念珠菌细胞（放大 25000 倍）皇家墨尔本理工大学

(资料图)

手术可能会导致感染，而随着耐药微生物的增多，提供有效的治疗正变得越来越困难。虽然细菌通常是导致感染的罪魁祸首，但耐药性念珠菌（一种真菌）也证明是个问题。它们不仅能有效地在植入材料上定植并形成生物膜，导致医院感染，而且还会导致不良的临床结果。

在植入钛合金髋关节或义齿时，医生会使用一系列抗菌涂层、化学品和抗生素来防止感染的发生。但是，如果相关微生物产生了抗药性，这些措施就不会那么有效，甚至根本无效。

但是，皇家墨尔本理工大学的研究人员从一些昆虫翅膀上的抗菌表面获得灵感，提出了一种新型的、不含药物的杀死超级细菌的方法。蜻蜓、蝉和豆娘等昆虫的翅膀表面有一些微小的柱子 - 纳米柱，这起到"机械杀菌"的作用，能物理性地拉开细菌细胞并杀死它们。

蜻蜓翅膀表面的纳米柱（放大2万倍）皇家墨尔本理工大学

研究报告的通讯作者埃琳娜-伊万诺娃（Elena Ivanova）说："这就像拉伸乳胶手套一样。随着慢慢拉伸，乳胶中最薄弱的地方会变薄，最终撕裂"。

因此，研究人员开始着手制造他们自己的机械杀菌剂，利用一种叫做等离子体蚀刻的技术，开发出了一种表面覆盖着特殊设计的微型尖刺的钛金属，每个尖刺的大小与一个细菌细胞差不多。

他们测试了这种表面在杀死具有多重耐药性的念珠菌方面的效果，发现大约一半的细胞在接触尖刺后很快就被消灭了。值得注意的是，另一半没有被立即破坏的细胞受到的伤害足以使它们无法繁殖或引起感染。

"受伤的念珠菌细胞承受了巨大的新陈代谢压力，即使在七天后，它们也无法完成繁殖过程，形成致命的真菌生物膜，"该研究的合著者之一丹佛-林克莱特（Denver Linklater）说。"它们无法在非应激环境中复活，最终在一个被称为细胞凋亡或程序性细胞死亡的过程中关闭。"

抛光钛表面上完整的念珠菌细胞（左）和微刺钛表面上破裂的念珠菌细胞（右）皇家墨尔本理工大学

之前发表在《材料学》（Materialia）杂志上的一项研究已经发现，微刺钛表面能有效抑制两种常见病原体--金黄色葡萄球菌（"金色葡萄球菌"）和绿脓杆菌。

伊万诺夫娜说："事实上，细胞在与表面初次接触后就死亡了--一些细胞破裂，另一些细胞在接触后不久就程序性死亡--这表明，对这些表面的抗药性不会产生。这是一项重大发现，同时也表明我们可能需要重新考虑衡量抗菌表面有效性的方法。"

研究人员说，他们用来制造尖刺的相对简单的等离子体蚀刻技术可广泛应用于各种材料和应用领域。这种新的表面改性技术有可能应用于医疗设备，但也可以很容易地调整用于牙科应用或其他材料，如食品制备和农业中使用的不锈钢工作台。

这项研究发表在《先进材料界面》（Advanced Materials Interfaces）杂志上。

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