中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所(中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院)

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院

昆虫的翅膀上拥有纳米尺寸的结构，这使它们具有很多有趣的特性其中就包括抗菌性。一个由澳大利亚和日本的研究人员组成的研究团队已经找到了如何将这种特性应用到塑料上的方法，从而为无抗生素的抗菌食品容器铺平了道路。

这项研究基于10年来对生物表面自洁现象的研究。研究人员早就发现，许多生物体都有能抑制细菌生长的纳米结构。“荷叶以其自我清洁的特性而闻名，”皇家墨尔本理工大学研究员、著名教授伊万诺娃说。

目前研究集中在疏水的荷叶，这也激发了自洁塑料的灵感。但是伊万诺娃说，专门用于抗菌目的的荷叶模型“不太有前景”。她补充说:“我们正在研究自然界中其他无细菌表面的例子。”

昆虫的翅膀也具有类似荷叶表面的疏水结构。在纳米尺度上两者都非常粗糙，表面覆盖着纳米尺寸的凸起。研究人员研究了蝉和蜻蜓的翅膀，这些昆虫的翅膀上有类似纳米颗粒的尖刺，大约是细菌细胞的百分之一大小。研究人员认为，这些纳米颗粒，就像荷叶表面的结构一样，具有足够的疏水性，可以用于清除细菌。

放大了2万倍蜻蜓翅膀表面的纳米颗粒

伊万诺娃说:“我们认为细菌接触这个表面时会发生的情况是，类似于水滴从表面反弹，细菌也会从这个表面被“弹走”，因此表面将不会有细菌。”但当用电子显微镜和其他一些技术检查它们的表面时，研究小组发现了更令人印象深刻的事情。伊万诺娃说:“让我们吃惊的是，情况正好相反。细菌实际上能够附着在这个表面上，但当它们附着在这个表面上时，它们就不能生存了。”“当我们观察细菌细胞和表面之间的界面时，可以清楚地看到细菌的细胞膜已经破裂。”这意味着这种表面本身是杀菌的，它实际上可以通过施加在细胞膜上的简单机械应变使细菌细胞破裂”。

进一步研究发现这种大约60纳米尺寸的纳米颗粒似乎是最有效的杀灭细菌的方法。“当一个细菌细胞附着在这种表面上时它会被拉伸，这种拉伸产生的张力是如此强大以至于将细菌细胞膜破裂。这是一种非常神奇的破坏细菌细胞的方式。”日本东京都大学和三菱化学株式会社KAITEKI研究所的研究人员随后利用这些信息开发了含有这些杀菌纳米颗粒的聚合物薄膜，这些纳米颗粒可以被添加到塑料中。

伊万诺娃说:“他们开发了一种非常精确的纳米制造技术。”皇家墨尔本理工大学的研究人员测试了这些薄膜，发现它们可以杀死落在薄膜上70%的细菌。伊万诺娃说，“与传统抗生素不同，细菌不太可能对这些薄膜产生耐药性。根据纳米结构的模式不同，细菌细胞膜可以在5到20分钟内破裂。所以基本上，细胞没有机会繁殖和适应。”她说。

研究人员现在正在研究如何使这种薄膜更好地杀死细菌，以及如何扩大其产量。他们也在研究如何将它们应用到软塑料上。这种涂层最终可以延长食品的保质期，并使其更安全的储存和运输。

“这不是我们设计的，而是大自然设计了翅膀表面的特殊图案。我们正巧找到了它!”伊万诺娃说。

本文参考cosmosmagazine文章，“The bug-wing nanotechnology that beats bacteria”，如有兴趣还可查阅原文。

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