基于二维层状双氢氧化物纳米片增强的自支撑细菌生物膜：面向工程活性生物材料的生物杂交平台

本研究针对细菌生物膜材料机械性能不足的瓶颈问题，通过创新性地将Bacillus pumilus与Mg/Al-LDH二维纳米片复合，开发出具有层级结构的自支撑生物膜。研究采用CLSM、SEM等表征技术证实了活/死细菌的异质性分布及内生孢子形成特征，模拟胃肠实验显示该材料可显著提升益生菌在严苛环境中的存活率，为药物递送系统和再生医学提供了新型生物杂交材料解决方案。

　　

在生物材料领域，如何将活体生物的功能特性与传统材料的机械性能相结合，一直是科学家们面临的重大挑战。细菌生物膜因其独特的自我修复、环境响应等"活性"特征备受关注，但脆弱的胞外基质结构严重限制了其实际应用。传统解决方案如层层自组装技术存在工艺复杂、难以规模化等问题，而生物矿化方法又面临可控性差的困境。

Volcani Center（以色列沃尔卡尼中心）的研究团队独辟蹊径，选择具有益生特性的Bacillus pumilus作为生物载体，创新性地引入被FDA认证为安全材料的二维层状双氢氧化物（Layered Double Hydroxide, LDH）纳米片作为增强相。通过巧妙的生物-非生物界面设计，成功构建出兼具生物活性和机械强度的自支撑薄膜材料。这项突破性研究成果发表在材料学顶级期刊《Acta Biomaterialia》上。

研究团队运用了多项关键技术：通过尿素水解法合成Mg/Al-LDH纳米片并进行海藻酸表面修饰；采用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察生物膜内活/死细菌的空间分布；利用扫描电镜（SEM）表征内生孢子形成；通过模拟胃肠环境实验评估益生菌保护效果。这些方法的有机结合为材料性能提供了多维度验证。

在结果部分，研究揭示了三个重要发现：

1. LDH合成与表征：制备的Mg/Al-LDH呈现规则六边形片状结构，XRD显示典型的层状特征，为后续生物复合奠定基础。

2. 生物膜结构解析：CLSM显示活菌在近LDH界面富集形成梯度分布，SEM证实内生孢子的存在，这种层级结构赋予材料独特的环境适应性。

3. 功能验证：模拟胃肠实验表明，LDH增强的生物膜可使益生菌存活率提升3个数量级，远超纯生物膜对照组。

讨论部分强调，这种生物杂交策略突破了传统生物膜材料的性能局限：LDH纳米片不仅提供机械支撑，还诱导了保护性内生孢子的形成，双重机制协同增效。该研究为开发新一代"活性包装"、靶向给药载体提供了新思路，在食品医药领域具有广阔应用前景。作者Yanna Gurianov等在结论中指出，该方法可推广至其他菌种体系，为环境修复、农业生物技术等跨学科研究开辟了新途径。