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全新成像技术揭示了蜻蜓翅膀天然抑菌的秘密

逍遥摘要:虽然早有研究指出蜻蜓翅膀拥有一定的抗菌特性,但大家对其原理仍不是很了解。当想要更进一步地探索神秘的蜻蜓翅膀的微观结构的时候,还面临着一个刺手的问题,因为它很容易在强大的显微镜下被损坏。好消息是,昆士兰理工大学(QUT)的一支研究团队,已经开发出了一项全新的技术。它能够制作出精细度超高的复杂图像,从而揭开了蜻蜓翅膀表面上超过100亿个微小的“梳状剔除”结构。这种独特的微结构,使得蜻蜓可以通过振翅的方式,将细菌悉数抖落掉。

全新成像技术揭示了蜻蜓翅膀天然抑菌的秘密

蜻蜓翅膀显微图(图片已经过假色处理)via:Annalena Wolff

新研究采用了强离子和电子显微镜,以更好地了解蜻蜓翅膀的纳米结构。结果发现,其翅膀上有超过百亿的微小“梳状剔除”结构。这种“陷阱”是如此地强大,以至于当细菌试图“逃脱”的时候,会将自身给撕裂掉。

全新成像技术揭示了蜻蜓翅膀天然抑菌的秘密

本次研究使用的其中一台氦离子扫描显微镜(HIM)

QUT 研究员 Chaturanga Bandara 博士表示:

我们始终不懈地想要解开蜻蜓翅膀的纳米结构是如何将细菌破坏掉的秘密,从而将它积极运用到下一代表面型仿生智能材料上,特别是医学方面的应用。

在观察到这种自然的纳米结构,以及它与细菌的三维相互作用,为我们提供了全新的表面设计和线索。

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蜻蜓翅膀上有超过 10 亿组微星纳米结构

需要指出的是,这并不是科学家们首次受到昆虫翅膀的启发而设计全新的医学工具。类似的关于在树上流浪栖息的蜻蜓翅膀的杀菌特性研究,激发研究人员制作出了基于黑硅材质的抗菌表面。

此外,蝉翼上的几排纳米级钝化尖刺,其不仅能够拉伸并杀死薄壁的细菌,也被研究人员复制来打造一种不需要单独的涂层来抗菌的人造角膜。

全新成像技术揭示了蜻蜓翅膀天然抑菌的秘密

纳米结构细节图

Wolff 博士指出:“正如蜻蜓翅膀天生抗菌一样,大自然有许多现成的奇妙技巧。现在我们已经看透了它,并且了解了其中的原理。我们使用的巨型显微镜,其高度达到了 2 米(6.5 英尺)、宽度也有 2 米,几乎可以拍清任何图像”。

全新成像技术揭示了蜻蜓翅膀天然抑菌的秘密

研究中使用的其中一台聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)

研究人员指出,这项新发现有助于开发用于外壳手术工具和医用装备上的新型抗菌表面,比如在一滴雨水大小的物体上容纳 640 亿个模仿蜻蜓翅膀的三维纳米结构。

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有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《应用材料和界面》(Applied Materials and Interfaces)期刊上。 

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