被称为生物膜的粘性、难以清洁的细菌垫会导致各种问题，从医疗感染到堵塞的排水管道和污染的工业设备。现在，普林斯顿大学的研究人员找到了一种彻底剥离这些臭名昭著的污泥的方法。通过从机械工程和生物膜的角度观察薄膜，研究人员表明，水渗透到生物膜和表面之间的接缝中，并伴随着温和的剥离，可以导致毫无瑕疵的去除。这一结果与刮擦或机械去除生物膜的传统无效方法形成对比，后者有时会留下仍然粘附的斑块，这些斑块会再生并再次污染。

新的去除方法应该有助于阻止有害的生物膜并控制有益的生物膜，这些生物膜越来越依赖于废水处理、微生物燃料电池和其他应用。“我们发现了一种简单有效的方法来清除各种表面上令人讨厌的生物膜，”霍华德柊司普林斯顿实验室副研究员Jing Yan，Donald R. Dixon '69和Elizabeth W. Dixon说。机械航天工程教授；还有邦妮巴斯勒，施贵宝的分子生物学教授，霍华德休斯医学研究所的研究员。

这项工作将分子生物学、材料科学和机械工程联系起来，利用了分子生物学和工程学之间的合作研究群体。Yan是这篇论文的共同主要作者，这篇论文描述了10月8日发表在Advanced Materials上的结果，Alex的Moreau是Stone Laboratory的访问学生，现在返回法国蒙彼利埃大学。“通过调查和定义细菌生物膜的材料特性，而不是它们的生物特性，我们发明了一种新的方法来分离整个生物膜，”该研究的合著者Bassler说。

这项研究的其他作者是内德温格林，霍华德a的前生命科学教授；andrejkosmrlj，机械和航空航天工程助理教授；Sepideh Khodaparast目前是伦敦帝国理工学院石头实验室的研究学者；Sampriti Mukherjee，副研究员；博士后冯杰、生茂和安东尼奥佩拉索；还有研究生陈逸飞。在他们的调查中，普林斯顿大学的研究人员转向霍乱弧菌，它在海水，淡水和人类肠道中形成生物膜。测量结果表明，其产生的生物膜表现出与水凝胶非常相似的力学性能，水凝胶是石材实验室中广泛研究的材料。

完全表征的和可操作的水凝胶具有许多应用，特别是在生物医学中，包括伤口敷料、药物递送和组织工程。生物膜和水凝胶主要由水构成(约90%)。它们有一个清晰的结构网络，这使得它们柔软，有粘性和弹性。然而，它们的弹性是有限的。如果扰动太多，生物膜和水凝胶会碎成碎片。这种脆弱性对生物膜的去除提出了挑战。它还阻碍了有益膜在表面之间的有意转移，例如在工业环境中，以及在实验室实验中首先更好地理解生物膜。

为了了解如何避免这种分裂，普林斯顿大学的研究小组检查了霍乱弧菌附着在各种表面类型上的生物膜。研究人员发现，生物膜的边缘是防水的，而它们附着的表面有时会吸水。基于这一认识，研究人员试图通过将水驱入材料遇到的空间来驱动生物膜和附着表面之间的楔子。这种被称为毛细管剥离的技术成功地产生了细长的裂缝，最终将生物膜从表面完全分离。水辅助剥离必须缓慢，以防止生物膜撕裂-类似于小心翼翼地去除贴纸-但结果表明，额外的时间是值得的。“我们的毛细管剥离方法非常有效，”严说。

在实验室外部署这种方法的一个障碍是，许多生物膜存在于已经含水的环境中，其中毛细管剥离似乎是非初始的。对于这些情况，严和他的同事提出了两种可能的解决方案，以便在今后的研究中，对于最初在水下生长的生物膜，可以将膜及其粘附体从溶液中取出并干燥，然后再尝试去除。或者，将气泡引入生物膜-基质界面可以提供相同类型的毛细作用力。总的来说，这项新研究阐明了多学科方法的价值，将不同领域联系起来，提出关键的新见解。

没有参与这项研究的哈佛大学应用物理学副教授Shmuel Rubinstein说，系统必须遵守物理定律，在许多情况下，它们也利用物理来实现它们的目标。“这项研究的跨学科团队结合了工程、理论和生物学，对于复杂的生物膜问题来说，这真的非常完美。”普林斯顿的斯通呼应了鲁宾斯坦的观察，即这项研究的结果和对现实世界应用的承诺源于一系列学科。“在景的领导下，学生和博士后在详细了解生物成分和生物膜宏观力学性质之间的关系方面做了出色的工作，”斯通说。"我们证明了生物膜可以被完整地剥离，并可能以多种方式向前发展."这项工作得到了霍华德休斯医学研究所、国家科学基金会和马克斯普朗克学会-亚历山大冯洪堡基金会的支持。