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纳米纹理在不锈钢表面上产生细菌杀伤尖峰

通过在普通不锈钢合金上使用电化学蚀刻工艺,研究人员创造了一种纳米纹理表面,可以在不伤害哺乳动物细胞的同时杀死细菌。如果其他研究支持早期测试结果,则该过程可用于攻击植入式医疗设备和由金属制成的食品加工设备上的微生物污染。

虽然纳米结构材料杀死细菌的具体机制需要进一步研究,但研究人员认为,表面产生的微小尖刺和其他纳米突起会刺破细菌膜以杀死细菌。表面结构似乎对哺乳动物细胞没有类似的作用,哺乳动物细胞比细菌大一个数量级。

除了抗菌效果之外,纳米纹理还可以提高耐腐蚀性。这项研究于12月12日在佐治亚理工学院的研究人员的ACS生物材料科学与工程杂志上发表。

佐治亚理工学院化学与生物分子工程学院的副教授Julie Champion说:“这种表面处理具有广泛的影响,因为不锈钢的使用非常广泛,许多应用都可以从中受益。”“目前使用的许多抗菌方法都会添加某种表面薄膜,这种薄膜可能会磨损。因为我们实际上正在修改钢材本身,这应该是对材料的永久性改变。“

Champion和她的佐治亚理工学院的合作者发现表面修饰杀死革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌,在大肠杆菌和金黄色葡萄球菌上进行测试。但这种修饰似乎对小鼠细胞没有毒性 - 这是一个重要的问题,因为细胞必须粘附在医疗植入物上,作为它们掺入体内的一部分。

该研究的目标是在不锈钢上形成超疏水表面,以排斥液体 - 以及细菌。但很快就发现,制造这样的表面需要使用化学涂层,研究人员不希望这样做。博士后研究员Yeongseon Jang和Won Tae Choi随后提出了在不锈钢上使用纳米纹理表面来控制细菌粘附的另一种想法,他们开始合作以证明这种效果。

研究小组在标准电化学过程中试验了不同水平的电压和电流。通常情况下,电化学过程用于抛光不锈钢,但冠军和合作者丹尼斯赫斯 - 教授和化学与生物分子工程学院的主席Thomas C. DeLoach--使用该技术在纳米尺度上粗糙化表面。

“在合适的条件下,你可以在晶粒表面结构上创建纳米纹理,”赫斯解释道。“这种变形工艺增加了铬和钼的表面偏析,从而提高了耐腐蚀性,这是不锈钢与传统钢的区别。”

显微镜检查显示在表面上方20至25纳米处的突起。“这就像一座山峰,山峰和山谷都很尖锐,”冠军说道。“我们认为杀菌效果与这些特征的大小有关,使它们能够与细菌细胞膜相互作用。”

研究人员惊讶于处理过的表面杀死了细菌。她补充说,由于这个过程似乎依赖于生物物理过程而不是化学过程,因此虫子不应该对它产生抗性。

表面改性技术的第二个主要潜在应用是食品加工设备。在那里,表面处理应该防止细菌粘附,增强现有的灭菌技术。

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