【摘要】 为了有力地评估纳米拓扑结构的抗菌机制，分析细菌-纳米拓扑结构的粘附界面至关重要。

为了有力地评估纳米拓扑结构的抗菌机制，分析细菌-纳米拓扑结构的粘附界面至关重要。利用聚焦离子束铣削结合扫描电子显微镜来生成与纳米拓扑结构相互作用的金黄色葡萄球菌或大肠杆菌的三维重建。首次利用 3D 形态分析来量化每个纳米结构和细菌包膜之间的固有接触面积，提供了一个客观的框架，从中推导出合成纳米拓扑结构的可能抗菌机制。纳米结构密度在 36 到 58 个/mm2 之间且尖端直径在 27 到 50 nm 之间的表面介导包膜变形和穿透，而具有更高纳米结构密度（137 个/mm2）的表面引起包膜穿透和机械破裂，导致细胞体积显着减少，这是由于到胞质渗漏。在密度为 8 个/mm2 且尖端直径大于 100 nm 的纳米拓扑结构上，细菌主要粘附在纳米结构之间，导致细胞阻抗。可视化细胞表面界面对于阐明纳米拓扑结构的抗菌机制至关重要。传统上，这些分析是使用扫描电子显微镜 (SEM) 进行的[1,2]。然而，这种方法不能解决细胞超微结构，如细菌细胞壁和细胞膜。此外，与细胞包膜接触的纳米形貌区域通常隐藏在入射电子束之外，从而限制了对表面形态的研究，主要是二维的。这些局限性催生了可以在纳米分辨率下可视化纳米形貌和细菌超微结构的替代技术；其中一项技术是聚焦离子束扫描电子显微镜 (FIB-SEM)。使用这种方法，可以对细菌和真菌等生物标本进行迭代横截面切片并同时成像。FIB-SEM 方法可以广泛用于提高我们对纳米形貌介导的抗菌活性的机械理解。需要额外使用 FIB-SEM 设备才能在更广泛的时间范围内更全面地评估革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌的形态变化。

 

[1]Ivanova, E.P., Linklater, D.P., Wernerc, M., Baulin Vladimir, A., Xu, X., Vrancken, N., Rubanov, S., Hanssen, E., Wandiyanto, J., Truong, V.K., et al. (2020). The multi-faceted mechano-bactericidal

mechanism of nanostructured surfaces contributed to elastic modeling analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. 117, 12598–12605. https://doi. org/10.1073/pnas.1916680117/-/ DCSupplemental.

[2]Jenkins, J., Mantell, J., Neal, C., Gholinia, A., Verkade, P., Nobbs, A.H., and Su, B. (2020). Antibacterial effects of nanopillar surfaces are mediated by cell impedance, penetration and induction of oxidative stress. Nat. Commun. 11, 1626. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15471-x.

 

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