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研究生物被膜 清除细菌环境
华翼网新闻中心 news.chinesewings.com - 科学教育校园新闻) 2008-07-13
细菌喜欢潮湿的表面。它们在那里扎根落户,成群结队,发展壮大。为了保护自己,它们往往会生成一种粘膜状物质,把自己包在里面。科学家们把这样的生物群落称作生物被膜。不久前,国际生物被膜研究领域的各路能人汇聚美国哈佛大学,互相交流了他们的最新研究心得。 (www.chinesewings.com)

生物被膜几乎到处都有--抹布上、水管里、游泳池的墙上。生物被膜很难清除,因为构成生物被膜的细菌群都把自己包裹在一层保护粘膜里,清洁剂、杀菌剂都对它无可奈何。因此,许多研究人员通过各种途径,开发可以防止细菌附着的惰性表面。美国北卡罗来纳州立大学的杰泽(Jan Genzer)是借鉴大自然的启发。他说:"大自然中有很多例子表明,表面粗糙有助于减少生物被膜。你可能会觉得这怎么可能呢,可情况确实如此,比如说有些鱼类,表皮粗糙但很干净,没有什么生物附着。"

如鲨鱼。鲨鱼表皮就很粗糙,但上面几乎没有什么其它微生物,相反,有些鲸类就负重累累,皮肤上扒着藤壶、长着藻类等其它海洋附着生物。在杰泽看来,这都和表皮形貌有关。这位材料科学家介绍了他们研制的一种塑料表面,经过特殊处理,这种表面拥有特别的形状。他形象地介绍了这种方法的原理:"你拿一块橡皮,在任意一个方向上把它拉长,然后对它的表面进行硬化处理,比如说通过一定的物理手段,像照射等离子束或者紫外线等等,使橡皮表面生成一层薄薄的硬皮,然后你再放松橡皮,让它收缩,这时候它表面就会形成一层皱纹。"

杰泽他们根据这一原理,对塑料表面进行了处理。根据拉伸程度不同,塑料表面可以形成纳米或微米范围的微观皱纹。首批实际测试表明,这种表面呈惰性,微生物落不了"脚"。这样的表面结构可以派上很大用场,比如说用于船舶。每年,因大量海洋生物附着船底而造成的经济损失成千上亿,因为它们会增大船行阻力,浪费大量动力燃料。

然而,生物被膜造成的损害不仅仅局限在经济方面,其它方面,尤其是在医疗方面,它可造成的损害,其后果就严重多了。假如针管、医疗器械、植入体上长了细菌,就会引起致命性感染。荷兰格罗宁根大学的冯.德.迈(Henny van der Mei)就想出一个对付生物被膜的特别处方:电压。她介绍说:"你可以给表面通电,细菌就会脱落,因为是两个负极,负负相斥,赶走细菌。这种方法的另一个好处是,假如有些细菌顽固不化,不肯脱落,那就会被电死。"

对骨折比较复杂的情况,医生们经常使用金属架,从外部进行固定。冯.德.迈就使用她的通电法,对这样的金属架进行了处理,结果表明,只要加上很低的电压,就可以很有效地抗菌。对塑料针管,通电法就用不上了,倒是让其表面形成的微观毛刺儿管用。

总体来说,"生物被膜"还属较新的科研领域,但也已经受到工业界的重视,最新例子是哈佛大学和巴斯夫公司的科研合作。巴斯夫公司的利戈尔(Jens Rieger)强调了这一跨学科研究对科学家的挑战不低。他说:"生物被膜是相当复杂的系统。也就是说,要想了解生物被膜中的生命机制,单凭生物学是不够的,我们也必须从化学角度探讨其间的相互作用,我们还必须使用物理手段研究生物被膜本身的力学性能。哈佛大学在所有这些领域都拥有众多学术权威,我们相信,和他们合作,一定能取得优异成果。"

今后5年,巴斯夫公司将向哈佛大学提供15个博士后名额,研究成果由科学家们自由支配,巴斯夫公司则同时加紧开发,希望能尽快推出有利可图的革新产品。
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