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研究人员找到了一种方法来剥去像旧贴纸那样粘糊糊的生物膜

发布时间:2018-12-06 23:06:01

研究人员找到了一种方法来剥去像旧贴纸那样粘糊糊的生物膜.jpg

称为生物膜的粘稠,难以清洁的细菌垫会引起各种问题,从医疗感染到堵塞的排水管和污染的工业设备。现在,普林斯顿大学的研究人员已经找到了一种方法,可以彻底彻底地剥离这些臭名昭着的污泥。

通过从机械工程角度和生物薄膜观察薄膜,研究人员表明,使用水渗透生物膜和表面之间的连接处,加上轻柔的剥离,可以导致完美无瑕的清除。这种结果与传统上无效的刮擦或机械移除生物膜的方法形成对比,生物膜有时留下仍然粘附的贴剂,这些贴剂会再生和再次污染。

新的去除方法应有助于阻止有害的生物膜,以及控制越来越依赖废水处理,微生物燃料电池和其他应用的有益生物膜。

“我们已经发现了一种简单而有效的方法,可以从各种表面去除令人讨厌的生物膜,”Jing Yan说,他是霍华德·斯通普林斯顿实验室,Donald R. Dixon '69和Elizabeth W. Dixon共同研究的副研究员。机械和航空航天工程教授,分子生物学Squibb教授和Howard Hughes医学研究所研究员Bonnie Bassler。

这项工作,桥接分子生物学,材料科学和机械工程,利用了分子生物学和工程学之间的合作研究社区。

Yan是该论文的共同主要作者,该论文描述了10月8日在Advanced Materials上发表的结果,以及Alex's Moreau,他是Stone实验室的访问学生,现在又回到了法国蒙彼利埃大学。

“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,我们发明了一种分离整个生物膜的新方法,”该研究的共同作者Bassler说。

该研究的其他作者是Ned Wingreen,Howard A.生命科学的先前教授; AndrejKošmrlj,机械和航空航天工程助理教授; Sepideh Khodaparast,现任伦敦帝国理工学院Stone实验室的研究学者;副研究员Sampriti Mukherjee;博士后研究员杰峰,盛茂和安东尼奥佩拉佐;和研究生陈逸飞。

在他们的调查中,普林斯顿的研究人员转向霍乱弧菌,它在海水,淡水和人体肠道中形成生物膜。测量结果显示,它产生的生物膜表现出与水凝胶非常相似的机械性能,水凝胶是Stone实验室广泛研究的材料。

充分表征的可操作水凝胶具有许多应用,尤其是在生物医学中,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(约90%)制成。它们具有明确的结构网络,使其柔软,粘稠和富有弹性。然而,它们的弹性有限。如果受到太大的干扰,生物膜和水凝胶会破碎成碎片。这种脆弱性对生物膜的去除提出了挑战。它还阻碍有益薄膜在表面之间的有意转移,例如在工业环境中,以及在实验室中进行实验以首先研究生物膜时。

为了学习如何避免这种碎裂,普林斯顿小组研究了霍乱弧菌生物膜对各种表面类型的附着。研究人员发现,生物膜的边缘是防水的,而它们粘附的表面有时具有吸水性。基于这种洞察力,研究人员试图通过将水驱入材料所遇到的空间来驱动生物膜和附着表面之间的楔形。这种被称为毛细管剥离的技术成功地产生了延长裂缝,最终使生物膜与表面完全分离。水辅助剥离必须缓慢以防止生物膜撕裂 - 类似于小心地去除贴纸 - 但结果表明额外的时间非常值得。 “我们的毛细管剥离方法效果非常好,”Yan说。

在实验室外部署该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不起作用的。对于这些案例,Yan及其同事提出了两种可能的解决方案,以便在未来的研究中进对于最初在水下生长的生物膜,可以从溶液中除去薄膜及其粘附物并在去除尝试之前将其干燥。或者,将气泡引入生物膜 - 基底界面可以提供相同类型的毛细管力。

总体而言,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,以提出关键的新见解。

生物系统必须遵守物理定律,并且在许多情况下也使用物理学来达到目的,哈佛大学应用物理学副教授Shmuel Rubinstein说,他没有参与这项研究。 “这项研究的跨学科团队将工程,理论和生物学结合起来,确实非常适合复杂的生物膜问题。”

“在Jing的带领下,学生和博士后在开发详细了解生物成分与生物膜宏观力学性能之间的联系方面做了出色的工作,”Stone说。 “我们证明生物膜可以被剥离完好 - 可能在很多方面都有用。”

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