殺死「超級細菌」!科學家從蜻蜓翅膀的納米粒子獲得靈感,開發出...
2020-12-08 前瞻網殺死「超級細菌」！科學家從蜻蜓翅膀的納米粒子獲得靈感，開發出新型抗菌表面
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昆蟲翅膀啟發的納米材料，如何能夠通過拉伸、切割或撕裂接觸細菌來摧毀它們？科學家揭示了背後的原理，並依此開發出殺菌力無敵的強效抗菌表面。
蟬和蜻蜓的翅膀是天然的細菌殺手，這一現象激起了許多科學家的興趣，促使研究人員尋找擊敗耐藥性「超級細菌」的方法。他們正在開發一種新型抗菌表面，其特徵是模擬昆蟲翅膀致命作用的不同納米粒子。
他們的發現和成果近日發表在《自然微生物評論》（Nature Reviews Microbiology）上，題為「Mechano-bactericidal actions of nanostructured surfaces」。
該研究的第一作者、RMIT大學的著名教授伊蓮娜·伊萬諾娃(Elena Ivanova)說，尋找非化學方法殺滅細菌至關重要，因為每年有超過70萬人死於耐藥性細菌感染。
伊萬諾娃說:「細菌對抗生素的耐藥性是全球健康的最大威脅之一，對感染的常規治療正變得越來越困難。」
「當我們從大自然中尋找靈感時，我們發現昆蟲已經進化出高效的抗菌系統。如果我們能確切地了解受昆蟲啟發的納米粒子是如何殺死細菌的，我們就能更精確地設計這些形狀，以提高它們對抗感染的有效性。」他們的最終目標是開發低成本、可伸縮的抗菌表面，用於植入物和醫院，為對抗致命超級細菌提供強大的新武器。
蟬和蜻蜓的翅膀上覆蓋著微小的納米粒子，這是科學家們為了模仿它們的殺菌效果而研發的第一個納米粒子。從那以後，他們還精確地設計了其他納米材料——如薄片和導線，這些材料都是為了物理上破壞細菌細胞而設計的。
仔細研究發現，這種殺菌效果並不在於蟬翅的化學成分上，而是在蟬翅整齊排列的「納米柱」上。當細菌停靠在蟬翅表層上時，這些細小的「納米柱」就會將細菌拉伸、割裂開來，細胞膜被破壞，最終殺死細菌。這項新的綜述首次對表面納米粒子提供擊破細胞膜所需機械力的不同方式進行了分類。
紅體蜻蜓身上的「納米柱」只有240納米，比黑矽表層的還要細小。蜻蜓翅膀被放大2-3萬倍後，他們觀察到金色的葡萄球菌被黑色的矽納米針破壞。
伊萬諾娃說:「我們的合成仿生納米結構在抗菌性能上存在很大差異，但原因並不總是很清楚。」「我們還努力研究出特定納米粒子的最佳形狀和尺寸，以最大限度地發揮其殺傷力。
以紅體蜻蜓為例，研究人員們發現不同物種的翅膀比其他物種的翅膀更能殺死一些細菌。「我們一直在開發的合成表面，將自然原理下能發揮的殺菌結構效用提升到一個新的水平。」而且，這種方案，有別於一般消毒藥水給環境造成的汙染，也不容易導致細菌產生抗藥性。
「當我們在納米尺度上檢查蜻蜓翼時，我們可以看到覆蓋在表面的納米顆粒在密度、高度和直徑上的差異，然後我們明白了正確使用納米結構是關鍵。」
伊萬諾娃說，大規模生產具有成本效益的納米表面，並使其能夠用於醫療或工業應用，這仍然是一個挑戰。但她說，最近納米製造技術的進展顯示出了開啟生物醫學抗菌納米技術新時代的希望。
她的研究得到了澳大利亞研究委員會工業轉型研究中心（Australian Research Council Industrial Transformation Research Hubs）和工業轉型培訓中心計劃（Industrial Transformation Training Centre schemes）以及中國社科院基金會（CASS Foundation）的資助。
翻譯/前瞻經濟學人APP資訊組
原文來源：https://scitechdaily.com/new-nanomaterials-inspired-by-insect-wings-destroy-super-bacteria-by-stretching-slicing-or-tearing-them-apart/
https://www.nature.com/articles/s41579-020-0414-z
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