萨尔州大学 信用:CC0公共领域 科学家已经展示了细菌是如何在微观层面附着在粗糙表面的
现在，一组研究人员发现，对纳米结构表面形貌组成的精确分析提供了一种直接验证细菌与表面结合力的方法
这一发现开辟了有前途的新研究途径，包括对抗临床环境中如此危险的细菌的方法
研究结果已经发表在学术期刊《纳米尺度》上
金黄色葡萄球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，并且非常难以去除
生物膜有效地保护单个细菌免受其他物质的攻击，如抗生素，使它们非常难以治疗
因此，一种方法是首先尝试阻止生物膜的形成
但是为了能够影响生物膜的生长，研究人员需要了解细菌附着在不同类型物质上的机制
门把手或医用植入物等表面具有纳米级的形貌，在医院环境中非常普遍
在显微镜下，这些表面光滑的表面显示为粗糙、不规则的山脉和山谷景观
在早期的一项研究中，由实验物理学家卡琳·雅各布斯教授和微生物学家马库斯·比肖夫教授领导的萨尔州大学团队发现，细菌附着在固体表面的机制是细菌细胞壁中的许多单个分子被束缚在表面上
这些束缚分子的尺寸因热波动而变化，热波动可引起约50纳米的长度变化
在他们最近的研究中，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
研究小组制备的硅表面显示出不同尺寸的纳米结构，但数量级与细胞壁中的束缚分子相同
然后，他们测量了单个细菌细胞粘附在纳米结构表面的力
这些实验表明，粘附力随着纳米结构尺寸的增大而减小
当实验工作正在进行时，数学家迈克尔
卡尔斯鲁厄理工学院(现为普林斯顿大学)的克拉特对硅衬底进行了非常精确的分析，并使用名为闵可夫斯基泛函的特定数学形状度量对表面几何形状进行了量化
这个过程被称为“形态计量学”
' 通过合作，研究小组能够证明实验确定的粘附力的大小可以用形态计量分析的几何参数来解释
简而言之，如果表面粗糙度增加，表面上的许多“谷”不再作为附着点，因为它们现在比波动分子的长度更深
因此，细菌细胞和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最小化细菌粘附，从而降低生物膜形成的可能性
研究小组指出，这一结果也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有助于开发新材料和改进现有材料，更好地抑制细菌粘附和生物膜的形成
该研究还证明了闵可夫斯基泛函在表征各种材料的形貌方面的能力
研究人员认为，形态分析的广泛适用性意味着在未来闵可夫斯基泛函将被用作描述这种表面的金标准
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