麻省理工學院的科學家與科羅拉多大學博爾德分校的同事合作，進行一項送往國際空間站(ISS)的實驗。該實驗正在尋找解決空間站內表面生物膜形成的方法。這些難以消滅的細菌或真菌群落會導致設備故障，并使宇航員生病。

麻省理工學院機械工程教授Kripa Varanasi和博士生Samantha McBride描述計劃中的實驗和目標。在空間站的表面上生長著生物膜，這一開始對我們來說是一個驚喜，它們?yōu)槭裁磿谔罩猩L？

但這是一個可能危及關鍵設備（太空服、水回收裝置、散熱器、導航窗等）的問題，還可能導致人類疾病。因此，需要對其進行理解和描述，特別是對于長期的空間任務。在一些早期的空間站任務中，如MIR和Skylab，有宇航員在太空中生病，不知道我們是否可以肯定地說這是由于這些生物造成，但我們知道已經(jīng)有設備故障由于生物膜的增長，如堵塞的閥門。在過去，有研究表明生物膜實際上在太空中的生長和積累比在地球上更多，這有點令人驚訝。

它們變得更厚，它們有不同的形式，這個項目的目標是研究生物膜是如何在太空中生長。為什么它們會有這么多不同的形態(tài)？本質上，它是沒有重力，可能還有其他驅動力，例如對流。在目前與加州大學博爾德分校的Luis Zea的合作中，正在研究在存在和不存在重力情況下工程基底上的生物膜生長。制造不同的表面讓這些生物膜在上面生長，應用在這個實驗室中開發(fā)的一些技術，包括液體浸漬表面[LIS]和超疏水納米結構表面，觀察了生物膜是如何在它們上面生長的。

發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一年的實驗，在地球上，空間站表面做得非常好：與許多其他先進的基質相比，沒有生物膜的生長。有跡象表明，細菌實際上可能會增加它們在太空中的毒性，因此宇航員更有可能生病。這很有趣，因為通常當你想到細菌時，想到的是一些非常小的東西，重力不應該發(fā)揮那么大的作用。RPI的Cynthia Collin教授團隊先前在國際空間站上做了一項實驗，表明當有正常重力時，細菌能夠四處移動并形成這些蘑菇狀的形狀，而在微重力下，可移動的細菌形成這種生物膜的冠層形狀。

所以基本上，它們不再受約束，它們可以開始在這種不尋常的形態(tài)中向外生長?，F(xiàn)在不是只看細菌如何對地球上的微重力做出反應，而也在研究它們是如何在不同的工程基質上生長。而且，更根本的是，可以看到為什么細菌生物膜形成的方式，它們在地球上，只是通過消除一個變量，具有重力。有兩種不同的實驗，一種是細菌生物膜，另一種是真菌生物膜。研究團隊一直在這些表面存在的測試介質中生長這些生物，然后通過生物膜質量，厚度，形態(tài)，然后是基因表達來表征它們。

這些樣品現(xiàn)在將被送往空間站，看看它們在那里是如何生長的。到目前為止發(fā)現(xiàn)而且有趣的是，大量的生物質生長在超疏水表面，這通常被認為是防污染的。相反，在液體浸漬的表面，Liquiglide背后的技術，基本上沒有生物量的增長。這產生了與陰性對照相同的結果，其中沒有細菌。同時還做了一些對照試驗，以確認在液體浸漬表面上使用的油不具有生物殺滅作用。所以不只是殺死細菌，它們實際上只是沒有附著在底物上，它們也不會在那里生長，對于空間的表面，將觀察其上是否形成生物膜。

這兩個結果都非常有趣，如果生物膜生長在太空中的這些表面上，而不是地面上，這將告訴我們一些關于這些有機體行為非常有趣的事情。當然，如果生物膜沒有形成，表面阻止形成，就像在地面上做的那樣，那么這也很棒。因為現(xiàn)在我們有一種機制來防止空間站中一些設備上的生物膜形成。所以研究團隊對這兩個結果都很滿意，但是如果空間站的表現(xiàn)和地面上的一樣好，這將對未來的太空任務產生巨大影響，在防止生物膜和不讓人生病方面會有很大的影響。

從根本上講，從科學的角度來看，想要了解這些薄膜的生長，并了解生長背后的所有生物力學，生物物理和生物化學機制。通過添加表面形貌、紋理和其他屬性(如液體浸漬表面)，可以在這些薄膜的生長和演變中看到新的現(xiàn)象，并可能實際提出解決問題的解決方案。然后就可以設計出具有這些特點的新設備，甚至是太空服。因此，這就是科學家們希望從中學習并提出解決方案的地方。

博科園｜文：David L.Chandler/麻省理工學院

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