培养基相态对菌膜结构和机械性能的调控

在现代生物科技与工程应用中，菌膜（Biofilm）作为一种由细菌和其分泌的胞外基质（Extracellular Polymeric Substance, EPS）构成的三维类凝胶复合物，已经广泛应用于工业污水处理、生物工程、生物电池等多个领域。然而，菌膜的结构和机械性能直接影响其应用效率和范围，因此如何有效地调控菌膜结构和机械性能一直是一个研究热点。 本研究团队针对这一挑战，选择了典型的革兰氏阳性菌——枯草芽孢杆菌和革兰氏阴性菌——绿脓杆菌作为模式生物。通过流变学测试和扫描电子显微成像技术研究了不同相态（固态和液态）培养基对两种细菌菌膜结构的影响。研究结果指出，菌膜的结构和类凝胶性质显著依赖于培养基的相态。具体而言，与液态培养基相比，使用固态培养基培养出的菌膜呈现出结构松散、厚度较大和机械强度更强的特点。 实验中所提到的流变学测试，是指通过测量物质在外力作用下的形变和流动特性，来研究材料的流体动力学行为。流变学测试为研究菌膜的粘弹性提供了重要手段。而扫描电子显微镜(SEM)则通过电子束与样品的相互作用产生的信号，获得样品的微观形貌信息，为观察菌膜的微观结构提供了直观的证据。 该研究成果表明，通过改变培养基的相态，可以简便地调控菌膜的结构和机械性能。这一调控策略为菌膜在有机污染物的吸附和新型生物材料的构建方面提供了新的思路和方法。例如，在污水处理过程中，通过调控菌膜的机械性能，可以提高吸附效率，使菌膜在过滤和吸附过程中更加稳定；而在新型生物材料的设计中，则可以根据需要调整菌膜的柔韧性和强度，以满足特定的应用场景。 此外，本研究还得到了国家重点研发计划的支持，这表明该研究方向不仅具有理论意义，还具备重要的实践价值和潜在的工业应用前景。通过国家层面的科研项目支持，研究成果有望快速转化为实际应用，推动相关领域的技术进步。 在总结中，这项研究不仅为菌膜的应用提供了理论基础和技术支持，还揭示了菌膜形成过程中的一个重要调控因素——培养基的相态。今后，研究者们可以通过更多维度的调控因素探索，深入研究菌膜的生长机制，优化菌膜的物理化学性质，以适应更多高科技产业的需求，如生物传感器、可穿戴设备、仿生材料等领域的创新应用。