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用激光技术制作抗菌表面

时间:2017-12-25 [] 浏览次数:

   农业生物技术研究所(由西班牙纳瓦拉公立大学,CSIC国家科学研究协会和纳瓦拉省政府共同建立的一个混合型科研中心)的研究人员正在利用激光技术为材料表面设计一种具有纳米结构的纹路。这种纹路可以使材料获得抗菌性,并且能抑制细菌生物膜的形成。研究人员表示,到目前为止已经进行的初步实验表明,这种技术能够使附着在物体表面的金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的数量减少65-70%。

    除了筛选那些抑制细菌效果最佳的材料之外,这项研究也调研了其他方面的因素。这些因素包括依附在纳米结构材料表面的细菌对消毒水的耐受性,在长期使用的过程中这些特殊的材料表面如何保持自身的特性,以及在这种生物材料表面生长的细菌的行为特性。科研人员还会鉴定哪些纹路会增强细菌在材料表面依附的能力。

    研究者希望其成果能够有广阔的应用前景。例如,用激光预处理外科手术材料(比如人工血管和导尿管),有抑菌能力的贮水箱或水产养殖箱的表面材料等。
阻止细菌生物膜的形成
    当细菌依附在物体表面生长的时候就会产生生物膜,同时细菌会被自己产生的一种基质所包围,这种基质会让细菌更具耐受性。按照首席研究员 Jaione Valle-Turrillas的说法,细菌可以依附在任何物体的表面,无论是皮肤,内脏器官还是材料的表面等等,而且细菌可以产生生物膜。生物膜是一种可以使细菌对抗生素以及消毒药水等外界刺激更具耐受性的薄膜。生物膜存在于大自然中(河流中的石头表面,有细菌附着),存在于我们的身体里(小肠和口腔菌落),存在于过滤器和管道里,存在于水箱里,存在于农场(挤奶设备)同时也存在于临床设备当中(人造血管以及外科用导尿管)等等。
    农业生物技术研究所的Biofilms Microbianos研究组目前主要研究两种细菌:金黄色葡萄球菌(S. Aureus)和沙门氏菌(Salmonella)。不同的研究小组都把目光集中在预防或者消除生物膜上,他们的技术手段也多种多样,从研发疫苗到研究生物膜分散剂。这些研究一直都在实验室里进行着。现在,通过修改材料表面来达到抑制生物膜形成的研究正在这个项目中进行着。
    “借助于DLIP(Direct Laser Interference Patterning,直接激光干涉模式)技术,使用不同的激光束可以在纳米尺度上修改材料的表面纹路”,Jaione Valle解释道“不同的光波周期可以产生不同的图形和纹路,它们的尺度范围从纳米覆盖到微米。我们测试了不同的表面纹路并且找到了一种材料以及一种图形,两者结合在一起可以阻止细菌附着在材料表面。虽然它并不能完全清除细菌,但是可以减少65%到70%的细菌数量。”
    首先,我们用激光的手段来雕刻材料的表面,接下来把细菌施放在材料表面,观察它们是如何产生生物膜并统计生物膜的数量。研究人员在实验中测试了很多不同的材料。根据细菌的种类以及材料表面的结构类型,研究人员观察了细菌的数量以及生物膜的数量是如何缩减的。
    为了定量地测定细菌数量的减少以及它们在纳米结构材料表面的附着程度,研究人员使用过一种名叫阿拉玛蓝(Alamar Blue)的试剂。当这种试剂和活细菌相遇的时候就会放出荧光。研究人员们指出:“我们可以利用荧光计来测定这种反应,存在越多的细菌,就会有越多的荧光被发射出来。但这种技术是有缺陷的,当附着在物体表面的细菌数量差别很小的时候,这种技术就起不到作用。这也正是为什么我们现在采用另一种技术的原因。现在我们会把依附在材料表面的所有的细菌都收集起来并且把它们放到培养基上,然后记录菌落的数量。虽然这种方法更耗时费力,却更加可靠。”
   “利用DLIP技术在材料表面雕刻纳米纹路并评估其抗菌性能”项目计划运行三年,并且在2013年十二月份末的时候会得出最终的结果。这个项目是和德国夫琅禾费材料和激光技术研发中心(German R&D centre Institut Fraunhofer for Material and Beam Technology)合作进行的。德国夫琅禾费材料和激光技术研发中心提供了能够在材料表面雕刻纹路的激光技术。IdAB-Agrobiotechnology 研究所的主要工作是主持该研究并进行实验测试。项目的总预算是179 800欧元,由纳瓦拉政府的创新、企业和就业部(Department of Innovation, Companies and Employment of the Government of Navarre)资助。