剥离旧贴纸等粘性生物膜

被称为生物膜的粘性、难以清洁的细菌垫会导致各种问题，从医疗感染到排水管道堵塞和工业设备污染。现在，普林斯顿大学的研究人员找到了彻底清除这些臭名昭著的污泥的方法。从机械工程和生物膜观察的角度来看，研究人员表明，水会渗透到生物膜和表面的结合处，温和的剥离可以导致完美的去除。这一结果与刮除或机械去除生物膜的传统无效方法形成对比，传统方法有时会留下仍然粘附的斑块，这些斑块会再生并再次被污染。

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去除各种表面令人讨厌的生物膜，”霍华德柊司普林斯敦实验室、唐纳德迪克森69和伊丽莎白w迪克森的副研究员景燕说。机械航天工程教授；以及邦妮巴斯勒，斯奎布分子生物学教授和霍华德休斯医学研究所研究员。

这项工作，连接分子生物学、材料科学和机械工程，利用分子生物学和工程学之间的合作研究团体。阎是这篇论文的合著者，这篇论文描述了10月8日发表在《高级材料》上的研究结果，亚历克斯莫罗是斯通实验室的访问学生，现在回到法国蒙彼利埃大学。“通过调查和定义细菌生物膜的材料特性，而不是它们的生物学特性，我们发明了一种分离整个生物膜的新方法，”该研究的合著者Bassler说。

这项研究的其他作者是霍华德a .的前生命科学教授内德温格林；AndrejKo mrlj，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斯通实验室的研究学者。萨姆布里蒂慕克吉，副研究员；博士后杰峰、佩拉绍；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，由其制备的生物膜显示出与水凝胶非常相似的机械性能，这是Stone实验室广泛研究的。

完全表征的可操作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组成(约90%)。它们有一个清晰的结构网络，这使得它们柔软、粘性和弹性。然而，它们的弹性有限。如果受到太多干扰，生物膜和水凝胶会破碎。这一弱点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，以首先更好地理解生物膜。

为了学习如何避免这种分裂，普林斯顿团队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，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推动生物膜和附着表面之间的楔形。这种技术被称为毛细剥离，成功地产生了细长的裂缝，最终将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-类似于仔细去除贴纸-但结果表明，额外的时间是非常值得的。“我们的毛细血管剥离方法效果非常好，”闫说。

在实验室外使用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，在这种环境中，毛细剥离似乎是不启动的。对于这些情况，严和他的同事们提出了两种可能的解决方案，以便在未来的研究中，对于最初在水下生长的生物膜，可以在尝试去除之前，将膜及其粘附体从溶液中去除并干燥。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，这项新研究说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。

生物学必须遵守物理定律，在很多情况下物理也是用来达到目的的。哈佛大学应用物理学副教授施穆尔鲁宾斯坦说，他没有参与这项研究。“这项研究的跨学科团队结合了工程、理论和生物学，这对于复杂的生物膜问题来说确实是完美的。”普林斯顿的石头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来自一系列学科。Stone说：“在Jing的领导下，学生和博士后在详细了解生物膜的生物成分和宏观力学性质之间的关系方面做了出色的工作。"我们已经证明生物膜可以完好无损地被剥离，并且可能以多种方式发展."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研究所-亚历山大冯洪堡基金会的支持。