时间与浓度依赖性：铜绿假单胞菌在钢表面的新型生物膜形成模式

本研究针对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）在静态条件下于钢表面的生物膜形成机制展开研究，揭示了其独特的"探索-暂离-回归"三阶段模式。研究人员通过荧光显微技术定量分析发现，当溶液细菌浓度达8×107 CFU/mL时出现暂离相，突破2×108 CFU/mL后重新定植形成差异显著的生物膜结构，为医疗器械抗感染设计提供新见解。

　　

在医疗植入器械如心脏瓣膜和导管的使用中，细菌生物膜的形成是导致顽固性感染的主要原因。铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）作为典型的革兰氏阴性条件致病菌，其生物膜形成机制在流动条件下已被广泛研究，但静态环境下的动态过程仍存在认知空白。传统五阶段模型难以解释临床观察到的间歇性定植现象，特别是细菌群体浓度对表面粘附行为的调控机制尚不明确。

多伦多大学（University of Toronto）化学系的研究团队通过系统设计时间-浓度梯度实验，首次揭示了铜绿假单胞菌在静态钢表面的三阶段动态模式。研究发现当溶液细菌浓度达到8×10⁷ CFU/mL时，原本活跃探索表面的细菌群体突然暂离，直至浓度超过2×10⁸ CFU/mL才重新定植形成结构迥异的生物膜。这一发现为理解医疗器械表面细菌群落演替提供了全新视角，相关成果发表于《The Microbe》。

研究采用荧光显微成像技术定量分析表面覆盖率，通过OD₆₀₀-CFU校准曲线精确监控溶液菌浓变化。选用医用级钢片作为模式基底，设置0.3%-4%梯度接种浓度，在0.5-24小时时间窗口内动态采样。通过介质置换实验区分表面残留菌与溶液菌对生物膜形成的贡献。

【结果】

1. 1.

   探索相：低浓度（<8×10⁷ CFU/mL）时单个细菌活跃探索表面；

2. 2.

   暂离相：中浓度区间表面细菌数量锐减90%以上；

3. 3.

   回归相：高浓度（>2×10⁸ CFU/mL）时形成两类生物膜——持续暴露组产生扁平均质膜，而介质置换组形成三维不规则结构。

对照实验显示金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）仅呈现线性累积模式，证实暂离相是铜绿假单胞菌的特有行为。介质置换实验证实，溶液细菌浓度通过未知信号机制调控表面菌落的空间构型发展。

该研究突破了传统生物膜形成模型的认知框架，提出"浓度依赖性表面选择"新假说。发现暂离相的存在为医疗器械抗生物膜设计提供了关键时间窗口，而不同菌浓条件下形成的生物膜结构差异为靶向干预策略开发指明了方向。后续研究可聚焦群体感应（Quorum Sensing）信号分子在相变转换中的调控作用，以及该现象在复杂临床环境中的普适性验证。