使用微机器来根除细菌

经过|5月7日,2021年

一个科学家团队创造了一种成本效益的方法来破坏细菌生物膜,为从医疗保健到公用事业的所有进步铺平道路。
戴着手套的手拿着含有菌落或微生物的培养皿。

图片:Adrian Lange on insplash

生物膜是多产和有问题的。他们造成巨大的经济损失,从医疗植入物的失败中加强了我们城市管道的侵蚀。然而,科学家们已经设计了一种低成本的方法来“清理”生物膜,这可以拯救社会金钱,生命和资源。

什么是生物膜?

生物膜是微生物的菌落,其可包括藻类,细菌和原生动物。这些多细胞群落产生胶水状物质以粘在一起的物质 - 在实际液体界面处的表面。

细菌生物膜特别具有挑战性。细菌覆盖着保护性粘液,并且对消毒剂和抗生素更耐药。

“这些具有深远的负面影响,”研究的主要调查员Martin Pumera教授说。

在医学中,生物膜经常在医疗植入物,牙齿,导管和其他表面上发现,增加感染或植入失效的风险。它们还可以腐蚀水管道并污染水 - 影响味道,气味,颜色和安全性。

“在美国造成约1000亿美元的年度亏损,”Pumera说。因此,有效去除细菌生物膜的鲁棒方法非常有价值。

生物膜 - 战斗微生物

Micromotors - 及其较小的对应物,纳米热管 - 是通过使用环境中的能量自动自动推进的合成物体。

通过不对称的结构促进运动,例如微杰引擎或螺旋游泳运动员。当施加诸如化学燃料的适当刺激时,分子的对称性断裂。这产生了梯度(电气,化学浓度,表面张力或温度)或气泡的形成,其又推动了电动机。

迄今为止迄今为止的研究很少考虑使用Microomotors处理生物膜,而且大多数现有的微电机都是短暂的和昂贵的创造。

银影响ZnO微量运动器的形状:(a)ZnO:Ag显示对称形状,(b)无银色的ZnO棒显示出较少的形状(秤条:1μm)

然而,Pumera和同事合成的微量运动器由掺杂银(ZnO:Ag)的氧化锌制成 - 这两者都具有抗菌性质 - 使用相对低成本和环境良性的方法。微电机是稳定的,圆形恒星(粗球覆盖着突出的微管),在UV光下自推进。

在实验室测试中,这些微量运动会在5分钟内造成80%以上的测试生物膜。特别是细菌假单胞菌铜绿假单胞菌,通常在伤口和饮用水管中发现,用非常少量的电动机杀死(1μgml-1) 短时间内。除了引起细胞死亡之外,电动机还引起损伤阻碍了新生物膜的形成。

ZnO:AG Microomotors在施用光线时移动并破坏细菌生物膜

这些结果为医疗保健,工业和环境领域的脱离生物膜清除广泛应用了微量运动的机会。

“我们现在正在专注于医学应用微型和纳米藻体在医学中的去除生物膜中,”Pumera说。“我们也在致力于这些电机的集体行为,因此他们可以在一起和协调的行动攻击细菌。”

参考:M. Ussia等。,具有化学可编程性质的活性光源抗血栓ZnO微量运动器先进的功能材料(2021)。DOI:10.1002 / ADFM.202101178