纳米结构有助于减少细菌的粘附

金黄色葡萄球菌细菌是医院获得性感染的主要原因之一。这些病原体特别成问题，因为它们可以在天然和人造表面上形成高度坚固的生物膜，并且很难去除。生物膜可有效保护单个细菌免受其他物质(例如抗生素)的侵袭，使其难以治疗。因此，一种方法是首先尝试阻止生物膜形成。但是，为了能够影响生物膜的生长，研究人员需要了解细菌粘附于不同类型材料的机制。门把手或医疗植入物等表面具有纳米级的形貌(1纳米=十亿分之一米)，并且在医院环境中很普遍。在显微镜下

在一项较早的研究中，由萨尔大学的团队在实验物理学家Karin Jacobs教授和微生物学家Markus Bischoff教授的带领下发现，细菌通过一种机制粘附在固体表面，该机制使细菌细胞壁中的许多单个分子束缚在表面上。这些束缚分子的尺寸由于热波动而变化，热波动会引起大约50纳米的长度变化。

在最近的研究中，科学家们对单个分子的粘附强度如何取决于基底表面的形貌进行了详细的研究。研究小组准备了硅表面，该硅表面显示出不同大小的纳米结构，但与细胞壁中的束缚分子的数量级相同。

然后，他们测量了单个细菌细胞粘附到纳米结构表面的力。这些实验表明，粘附力随着纳米结构尺寸的增加而减小。在进行实验工作时，来自卡尔斯鲁厄理工学院(现为普林斯顿大学)的数学家迈克尔·克拉特(Michael A. Klatt)对硅衬底进行了非常精确的分析，并使用称为Minkowski泛函的特定数学形状度量对表面几何形状进行了量化。该过程称为“形态测量”。

团队一起工作，能够证明可以使用形态计量分析中的几何参数来解释实验确定的粘附力的大小。简而言之，如果表面粗糙度增加，则表面上的许多“谷”将不​​再可用，因为它们现在比波动分子的长度还要深。因此，细菌细胞与表面之间的粘附力相应降低。

这是一个重要的结果，因为它表明优化表面的纳米结构形貌可以使细菌粘附最小化，从而减少生物膜形成的可能性。研究小组指出，该结果还可以应用于其他类型的细菌和其他类型的表面。这项研究的发现可能很好地帮助开发新颖的材料并改善现有的材料，从而能够更好地抑制细菌粘附和生物膜的形成。

这项研究还证明了Minkowski功能在表征各种材料的形貌方面的功能。研究人员认为，形态计量分析的广泛应用意味着将来Minkowski功能将被用作描述此类表面的金标准。

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