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为探究纳米图案化表面抗菌应用，研究人员以大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）等常见病原体为对象，研究纳米结构表面抗菌效能。结果显示不同纳米结构表面抗菌效果差异显著，双周期纳米结构表面抗菌潜力大，为抗菌应用提供新思路。
在自然界中，荷叶、壁虎皮肤、蝉翼等生物表面的纳米结构展现出疏水、自清洁等神奇特性，令人惊叹。这些自然纳米结构的独特功能吸引了科研人员的目光，他们开始思考能否将其应用于抗菌领域。传统的抗菌方法多依赖化学手段，存在化学残留、生物相容性差等问题。而受自然启发的纳米结构有望通过纯粹的物理机制发挥抗菌作用，开发出无化学添加、生物相容性良好的材料，这无疑为抗菌领域带来了新的希望。
尽管纳米技术不断发展，但纳米图案化表面在抗菌应用方面的研究却十分有限。为了填补这一空白，来自中国的研究人员勇敢地踏上了探索之旅。他们聚焦于纳米结构表面对常见病原体，包括大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的抗菌效能。研究人员精心设计并制备了具有单周期和双周期纳米结构的表面，这些表面就像是微观世界里的神秘 “武器”，等待着与细菌展开一场特殊的 “战斗”。通过直接培养细菌进行实验，研究人员发现不同的纳米结构表面在抗菌效果上存在显著差异。例如，大肠杆菌在 P322 表面的生长减少了 37.58%，金黄色葡萄球菌在 P977 表面减少了 17.08% ，肺炎克雷伯菌在 H200 表面减少了 33.63%，铜绿假单胞菌在 P200 表面被抑制了 17.49%。这些数据有力地证明了单周期和双周期纳米结构表面具有强大的抗菌潜力，尤其是双周期纳米结构表面作为一种创新设计，在抗菌性能上更具优势，为大规模生产抗菌底物带来了新的可能。这一研究成果发表在《Applied Materials Today》上，为抗菌表面工程领域开辟了新的方向，有望推动下一代抗菌表面在医疗和工业领域的发展。
在这项研究中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，利用扫描电子显微镜（SEM）对制备的纳米结构表面形貌进行表征，通过 SEM 可以清晰地观察到纳米结构的微观特征；其次，采用纳米压印光刻（NIL）技术来制备纳米结构表面，这是一种可扩展且成本效益高的纳米制造技术，适合工业和生物医学应用。实验选用的细菌菌株，如大肠杆菌 DH5α、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌等，均来自台湾的生物资源收集与研究中心。
研究结果如下：
- 纳米结构表面形貌表征：通过扫描电子显微镜（SEM）观察发现，空白基底作为光滑的参考表面没有纳米结构，而制备的纳米结构样品分为双周期和单周期设计，各自呈现出独特的几何特征和周期性排列。双周期结构（H1 和 H2）由两种不同类型的纳米单元周期性排列组成。
- 抗菌性能研究：通过细菌培养实验表明，不同纳米结构表面的抗菌效果差异显著。与空白表面相比，纳米结构表面能有效抑制细菌生长。像 P322、H200 和 H1 等纳米结构表面对大肠杆菌的抑制效果尤为突出。不同细菌在不同纳米结构表面的生长抑制率有所不同，这进一步证明了纳米结构的周期性、形状和表面粗糙度等因素在抗菌性能中起着关键作用。
研究结论表明，纳米结构确实可以通过物理机制有效破坏细菌的增殖，例如表面粗糙度引起的机械应力抑制细菌生长。同时，该研究提出了一种基于仿生双周期纳米结构的新型抗菌策略，这种策略在抑制细菌定植方面表现出显著的效果。在讨论部分，研究人员强调了不同纳米结构表面抗菌效果差异的重要性，周期性、形状和表面粗糙度等因素对提高抗菌性能具有关键作用。这项研究不仅揭示了纳米结构设计与抗菌效能之间的关系，还为开发具有增强抗菌性能的大规模生产纳米结构奠定了基础，成功地在自然启发和材料设计之间架起了一座桥梁，为未来抗菌表面工程的发展提供了重要的理论支持和实践指导，在医疗和工业等领域具有广阔的应用前景。
