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新型杀菌表面材料:尖尖的不锈钢和铜给细菌带来了双重打击

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为了帮助对抗耐抗生素细菌的增加,研究人员多年来一直在试验无药方法来杀灭致病细菌。一种新型的不锈钢恰恰做到了这一点,而且使用方便、经济实惠。



根据《自然》杂志上描述的一项全球调查,仅在2019年,耐抗生素细菌杀死的人数就超过了艾滋病毒/艾滋病或疟疾。超级细菌与近500万人的死亡有关,直接导致超过127万人死亡。联合国环境规划署的一份报告称,世界卫生组织将抗菌素耐药性(AMR)列为全球十大健康威胁之一,到2050年,为了躲避我们的药物而进化的细菌可能会导致多达1000万人死亡。这将与2020年全球癌症死亡人数相当。

可以理解的是,佐治亚理工学院的研究人员对这样的数字感到担忧,他们开始用机械方法而不是化学方法来对付抗菌素耐药性。特别是,他们试图对抗革兰氏阴性细菌,如大肠杆菌、霍乱和沙门氏菌,因为它们含有一种保护胶囊,使它们特别擅长对抗传统抗生素。

该研究的主要作者阿努贾·特里帕西(Anuja Tripathi)说:“在没有化学物质的情况下杀死革兰氏阳性细菌相对容易,但处理革兰氏阴性细菌则是一个重大挑战,因为它们的细胞膜很厚,且多层。如果这些细菌持续存在于物体表面,它们就会迅速生长。我的目标是开发一种不含抗生素的杀菌表面,能有效对抗革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌。”



利用电化学过程,特里帕西的团队蚀刻不锈钢表面,制造出数千个微小的微尖刺。然后,他们再次使用电化学将铜离子结合到钢的表面。结果是一种能从两方面摧毁抗菌素耐药性细菌的材料。刺破了它们的保护性外膜,而铜 —— 自古埃及时代以来就以其抗菌特性而闻名 —— 进一步降解了它们的细胞膜。

在测试中,钢和铜材料减少了97%的革兰氏阴性大肠杆菌,并导致革兰氏阳性表皮葡萄球菌减少了99%。这种材料被证明在30分钟内就能达到这些效果。

事实上,这种新材料只包含一层非常薄的铜,这意味着它避免了材料的高成本,从而保持了新的钢/铜组合的可承受性。而且,由于它可以用尖刺撕碎细菌,它应该可以防止细菌进化出逃避死亡的方法,就像它们可以用化学处理方法那样。

这不是我们第一次看到用机械方法粉碎耐药细菌的材料。仅在今年,我们就报道了一种刺状的钛材料,灵感来自蜻蜓的翅膀,它能撕碎一种常见的呼吸道病毒,还有一种纳米晶体上的尖刺,它在光线下旋转,能把细菌切成小块。佐治亚理工学院的研究更进一步,添加了铜,基于卫生机构对抗生素耐药性的可怕警告,我们真的有足够的方法来对抗超级细菌的攻击吗?

这项研究发表在《Small》杂志上。

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