剝離舊貼紙等粘性生物膜

被稱為生物膜的粘性、難以清潔的細(xì)菌墊會(huì)導(dǎo)致各種問(wèn)題，從醫(yī)療感染到排水管道堵塞和工業(yè)設(shè)備污染?，F(xiàn)在，普林斯頓大學(xué)的研究人員找到了徹底清除這些臭名昭著的污泥的方法。從機(jī)械工程和生物膜觀察的角度來(lái)看，研究人員表明，水會(huì)滲透到生物膜和表面的結(jié)合處，溫和的剝離可以導(dǎo)致完美的去除。這一結(jié)果與刮除或機(jī)械去除生物膜的傳統(tǒng)無(wú)效方法形成對(duì)比，傳統(tǒng)方法有時(shí)會(huì)留下仍然粘附的斑塊，這些斑塊會(huì)再生并再次被污染。

新的去除方法應(yīng)該有助于阻止有害的生物膜，并控制有益的生物膜，這些生物膜越來(lái)越依賴于廢水處理、微生物燃料電池和其他應(yīng)用?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單有效的方法來(lái)去除各種表面令人討厭的生物膜，”霍華德柊司普林斯敦實(shí)驗(yàn)室、唐納德迪克森69和伊麗莎白w迪克森的副研究員景燕說(shuō)。機(jī)械航天工程教授；以及邦妮巴斯勒，斯奎布分子生物學(xué)教授和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員。

這項(xiàng)工作，連接分子生物學(xué)、材料科學(xué)和機(jī)械工程，利用分子生物學(xué)和工程學(xué)之間的合作研究團(tuán)體。閻是這篇論文的合著者，這篇論文描述了10月8日發(fā)表在《高級(jí)材料》上的研究結(jié)果，亞歷克斯莫羅是斯通實(shí)驗(yàn)室的訪問(wèn)學(xué)生，現(xiàn)在回到法國(guó)蒙彼利埃大學(xué)。“通過(guò)調(diào)查和定義細(xì)菌生物膜的材料特性，而不是它們的生物學(xué)特性，我們發(fā)明了一種分離整個(gè)生物膜的新方法，”該研究的合著者Bassler說(shuō)。

這項(xiàng)研究的其他作者是霍華德a .的前生命科學(xué)教授內(nèi)德溫格林；AndrejKo mrlj，機(jī)械和航空航天工程助理教授；Sepideh Khodaparast目前是倫敦帝國(guó)理工學(xué)院斯通實(shí)驗(yàn)室的研究學(xué)者。薩姆布里蒂慕克吉，副研究員；博士后杰峰、佩拉紹；還有研究生陳逸飛。在他們的調(diào)查中，普林斯頓大學(xué)的研究人員轉(zhuǎn)向霍亂弧菌，它在海水、淡水和人類腸道中形成生物膜。測(cè)量結(jié)果表明，由其制備的生物膜顯示出與水凝膠非常相似的機(jī)械性能，這是Stone實(shí)驗(yàn)室廣泛研究的。

完全表征的可操作水凝膠具有許多應(yīng)用，特別是在生物醫(yī)學(xué)中，包括傷口敷料、藥物遞送和組織工程。生物膜和水凝膠主要由水組成(約90%)。它們有一個(gè)清晰的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，這使得它們?nèi)彳洝⒄承院蛷椥?。然而，它們的彈性有限。如果受到太多干擾，生物膜和水凝膠會(huì)破碎。這一弱點(diǎn)對(duì)生物膜的去除提出了挑戰(zhàn)。它還阻礙了有益膜在表面之間的有意轉(zhuǎn)移，例如，在工業(yè)環(huán)境中，以及在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，以首先更好地理解生物膜。

為了學(xué)習(xí)如何避免這種分裂，普林斯頓團(tuán)隊(duì)檢查了霍亂弧菌附著在各種表面類型上的生物膜。研究人員發(fā)現(xiàn)，生物膜的邊緣是防水的，它們附著的表面有時(shí)會(huì)吸水。基于這一認(rèn)識(shí)，研究人員試圖通過(guò)將水驅(qū)入材料遇到的空間來(lái)推動(dòng)生物膜和附著表面之間的楔形。這種技術(shù)被稱為毛細(xì)剝離，成功地產(chǎn)生了細(xì)長(zhǎng)的裂縫，最終將生物膜與表面完全分離。水輔助剝離必須緩慢，以防止生物膜撕裂-類似于仔細(xì)去除貼紙-但結(jié)果表明，額外的時(shí)間是非常值得的?！拔覀兊拿?xì)血管剝離方法效果非常好，”閆說(shuō)。

在實(shí)驗(yàn)室外使用這種方法的一個(gè)障礙是，許多生物膜存在于已經(jīng)含水的環(huán)境中，在這種環(huán)境中，毛細(xì)剝離似乎是不啟動(dòng)的。對(duì)于這些情況，嚴(yán)和他的同事們提出了兩種可能的解決方案，以便在未來(lái)的研究中，對(duì)于最初在水下生長(zhǎng)的生物膜，可以在嘗試去除之前，將膜及其粘附體從溶液中去除并干燥。或者，將氣泡引入生物膜-基質(zhì)界面可以提供相同類型的毛細(xì)作用力。總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)新研究說(shuō)明了多學(xué)科方法的價(jià)值，將不同領(lǐng)域聯(lián)系起來(lái)，提出關(guān)鍵的新見(jiàn)解。

生物學(xué)必須遵守物理定律，在很多情況下物理也是用來(lái)達(dá)到目的的。哈佛大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)副教授施穆?tīng)桇斮e斯坦說(shuō)，他沒(méi)有參與這項(xiàng)研究?！斑@項(xiàng)研究的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)結(jié)合了工程、理論和生物學(xué)，這對(duì)于復(fù)雜的生物膜問(wèn)題來(lái)說(shuō)確實(shí)是完美的?！逼樟炙诡D的石頭呼應(yīng)了魯賓斯坦的觀察，即這項(xiàng)研究的結(jié)果和對(duì)現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用的承諾來(lái)自一系列學(xué)科。Stone說(shuō)：“在Jing的領(lǐng)導(dǎo)下，學(xué)生和博士后在詳細(xì)了解生物膜的生物成分和宏觀力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系方面做了出色的工作。"我們已經(jīng)證明生物膜可以完好無(wú)損地被剝離，并且可能以多種方式發(fā)展."這項(xiàng)工作得到了霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所、國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和馬克斯普朗克研究所-亞歷山大馮洪堡基金會(huì)的支持。

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