一项新的研究表明，受昆虫翅膀上的杀菌尖刺启发而设计的粗糙表面可能比以前理解的更有效地对抗包括真菌在内的耐药超级细菌。耐药性感染率的上升引起了全球卫生专家的关注。

为了避免植入物(例如钛髋关节或假牙)周围的感染，医生使用了一系列抗菌涂层、化学品和抗生素，但这些无法阻止抗生素耐药菌株，甚至会增加耐药性。

为了应对这些挑战，皇家墨尔本理工大学的科学家们设计了一种微型尖刺图案，可以蚀刻在钛植入物或其他表面上，以提供有效、无药物的保护，免受细菌和真菌的侵害。

该团队在《先进材料界面》上发表的研究测试了改变的钛表面在杀死多重耐药念珠菌方面的 有效性，念珠菌是一种潜在致命的真菌，导致十分之一的医院获得性医疗设备感染。

这些专门设计的尖刺的高度与细菌细胞的高度相似，接触后很快就破坏了大约一半的细胞。

值得注意的是，没有立即被摧毁的另一半因受伤而无法生存，无法繁殖或引起感染。

首席博士后研究员 Denver Linklater 博士表示，蛋白质活性的代谢分析显示，表面受伤的白色念珠菌和多重耐药耳念珠菌真菌细胞几乎已经死亡。

皇家墨尔本理工大学理学院的林克莱特说：“受伤的念珠菌细胞承受了广泛的代谢压力，即使在 7 天后，它们也无法繁殖并形成致命的真菌生物膜。” “它们无法在无压力的环境中复活，并最终在称为细胞凋亡或程序性细胞死亡的过程中关闭。”

《Materialia》上发表的一项早期研究证明了该表面对包括金黄色葡萄球菌在内的常见病原菌的有效性。

小组负责人、杰出教授埃琳娜·伊万诺娃表示，最新的发现揭示了抗真菌表面的设计，以防止危险的、多重耐药酵母菌形成生物膜。

“事实上，细胞在与表面初次接触后就死亡了——一些细胞因破裂而死亡，另一些则因细胞程序性死亡而很快死亡——这表明对这些表面的抵抗力不会产生，”她说。“这是一个重要的发现，也表明我们可能需要重新考虑衡量抗菌表面有效性的方式。”

过去十年来，在设计可杀死接触超级细菌的表面方面取得了进展。然而，找到合适类型的表面图案来消除 100% 的微生物，使某些微生物无法存活并产生抗药性，是一项持续的挑战。

她说：“这项最新研究表明，如果我们能够证明这些表面正在导致存活细胞的程序性细胞死亡，这意味着它们无论如何都会死亡，那么可能并不完全需要所有表面在接触后立即消除所有病原体。”

十多年来，皇家墨尔本理工大学的多功能机械杀菌材料研究小组在抗菌表面的开发方面一直处于世界领先地位，其灵感来自覆盖蜻蜓和蝉翅膀的纳米柱。伊万诺娃本人是最早观察到当细菌落在昆虫翅膀上时，纳米柱的图案如何将细胞拉开，从而致命地破坏细胞膜的人之一。

“这就像拉伸乳胶手套一样，”伊万诺娃说。“当它慢慢拉伸时，乳胶中最薄弱的地方会变得更薄并最终撕裂。”

她的团队在过去十年里一直在以自己的纳米图案复制这些昆虫的纳米柱，这一最新进展是使用一种称为等离子蚀刻的技术在钛中创建抗菌和抗真菌图案。

伊万诺娃表示，相对简单的蚀刻技术可以进行优化并应用于广泛的材料和应用。

“这种新的表面改性技术可能在医疗设备中具有潜在的应用，但也可以轻松地调整用于牙科应用或其他材料，例如用于食品生产和农业的不锈钢长凳，”她说。

研究主要作者和联合博士。RMIT 和澳大利亚钢铁制造 ARC 研究中心的候选人 Phuc Le 表示，与行业合作伙伴 BlueScope Steel 的密切合作有助于集中精力为行业提供实用的解决方案。

“与工业合作伙伴的合作是我博士生涯中的一个变革性的方面，”他说。“他们作为制造商的第一手见解让我清楚地了解了他们的产品面临的挑战，并为我研究和设计实用的解决方案打开了大门。虽然我们的研究还处于初步阶段，但产品优化的前景是光明的。”

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