مواد سطحی جدیدی که در برابر رشد بیوفیلم ایجاد شده مقاومت می کند

این داستان دو ماده بیولوژیکی است - سلول های پستانداران و باکتری ها. این یک داستان در مورد خرابی هایی است که این موجودات میکروسکوپی می توانند بر روی همه سطوح، از کشتی های قدرتمند گرفته تا دندان ها و دستگاه های پزشکی وارد کنند، و اینکه چگونه دو محقق دانشگاه سیراکیوز در حال کشف راه های جدیدی برای جلوگیری از آسیب هستند.

در شرایط مرطوب، باکتری‌ها چیزی را تشکیل می‌دهند که دانشمندان آن را بیوفیلم می‌نامند - تجمعی چسبنده و لزج روی تقریباً هر نوع سطحی. بیوفیلم‌ها می‌توانند بدنه کشتی‌ها را خورده، لجن سبز روی سنگ‌ها ایجاد کنند، سیستم‌های آب آشامیدنی را آلوده کنند، روی دندان‌ها پلاک ایجاد کنند و به دستگاه‌های پزشکی کاشته‌شده در انسان بچسبند و در نتیجه عفونت یا پس زدن آن‌ها ایجاد شود.

بنابراین، برای دانشمندان بسیار مهم است که درک بهتری از نحوه تشکیل بیوفیلم ها به دست آورند و از این دانش برای توسعه سطوحی استفاده کنند که در برابر چنین رسوب زیستی مقاومت کنند. در یک همکاری غیرمعمول و بین رشته ای، محققان SU دریافتند که اگر بتوانید از چسبیدن پروتئین به سطح جلوگیری کنید، می توانید از این کار هم باکتری ها و هم سلول های پستانداران جلوگیری کنید. در این فرآیند، آنها یک فناوری سطحی جدید توسعه دادند که دانشمندان می‌توانند از آن برای مطالعه بیوفیلم‌ها به روش‌هایی استفاده کنند که قبلاً ممکن نبود.

در یک سری آزمایش، Yan-Yeung Luk، استادیار شیمی در کالج هنر و علوم SU، و Dacheng Ren، استادیار مهندسی زیست پزشکی در L. C. کالج مهندسی و علوم کامپیوتر اسمیت، ماده‌ای سطحی ایجاد کرد که بر روی آن می‌توانست رشد بیوفیلم را چهار برابر بیشتر از فناوری‌های فعلی محدود کند. دانشمندان با دستکاری بیشتر ترکیب شیمیایی سطح، چگونگی چسبیدن سلول ها و باکتری های پستانداران به سطوح را کشف کردند.

لوک و رن حدود سه سال پیش شروع به همکاری کردند، زمانی که آنها یک موضوع مشترک را در تلاش های تحقیقاتی فردی خود کشف کردند - تمایل به اصلاح شیمیایی سطوح برای جلوگیری از رسوب زیستی. آنها در ادامه به ایجاد سطحی پرداختند که به نظر می رسد وقتی مولکول به صورت شیمیایی روی یک سطح اعمال می شود، هم باکتری ها و هم سلول های پستانداران را دفع می کند. سطح مورد استفاده در آزمایشگاه یک فیلم نازک از طلا است که روی یک لام شیشه ای پوشانده شده است.

آنها تحقیقات خود را از نظر زمین، خاک و گیاهان توضیح می دهند. "شما با یک سطح شیشه ای (زمین) شروع می کنید؛ یک لایه نازک از طلا را روی آن سطح، به ضخامت حدود 20 نانومتر یا پنج اتم (خاک) بمالید؛ سپس روی طلا را با مولکول هایی که در آزمایشگاه ایجاد کردیم (درختان) بپوشانید. لوک می گوید. "هدف این است که ببینیم آیا مولکول های ویژه (درختان) می توانند مقاومت کنند یا از چسبیدن پروتئین به سطح کلی جلوگیری کنند. به عبارت دیگر، آیا درختان محیط نامناسبی را برای پرندگان (بیوفیلم) فراهم می کنند و بنابراین از خمیدگی دسته جمعی آنها جلوگیری می کنند."

سطحی که محققان در آزمایشگاه ایجاد کردند، توانست رشد باکتری ها را به الگوهای سطحی با اشکال دوبعدی دلخواه محدود کند. به عبارت دیگر، محققان توانستند رشد بیوفیلم را با مواد سطحی کنترل کنند و اجازه دهند بیوفیلم در برخی نقاط تشکیل شود و رشد آن را در برخی دیگر محدود کند. علاوه بر این، دانشمندان دریافتند که وقتی بیوفیلم در دو بعد محصور می‌شود، در جهت عمودی رشد می‌کند.

در آزمایش های دیگر، دانشمندان تفاوت های مهمی را در نحوه اتصال سلول ها و باکتری های پستانداران به سطح کشف کردند. لوک می‌گوید: «سطوح ما می‌تواند نشان دهد که چسبندگی سلول‌های پستانداران به وجود یک لنگر نیاز دارد، در حالی که باکتری‌ها می‌توانند تقریباً به هر سطح چسبنده بچسبند.».

اکتشافات محققان و فناوری سطحی که آنها توسعه داده اند می تواند برای پاسخ به سؤالات مهمی که قبلاً دانشمندان از آنها دوری می کردند استفاده شود و ممکن است به توسعه ایمپلنت های پزشکی بهبود یافته و راه های جدیدی برای جلوگیری از رسوب زیستی منجر شود.

"رن می گوید: "این سطح از کنترل سطح هرگز قبلاً به دست نیامده بود." "ما امیدواریم که آنچه در آزمایشگاه آموخته ایم به پاسخ به سوالات اساسی دیگر در تحقیقات مواد سطحی کمک کند و منجر به تولید مواد جدید برای استفاده در پزشکی و صنعت شود."

کار آنها، که توسط کمک های مالی بنیاد ملی علوم پشتیبانی می شود، در نسخه آنلاین ChemComm در 4 فوریه، مجله انجمن سلطنتی شیمی (در چاپ پیش رو) و در 9 ژانویه گزارش شد. نسخه آنلاین لانگمویر، منتشر شده توسط انجمن شیمی آمریکا (در نسخه چاپی پیش رو).