基于昆虫翅微纳结构的仿生高分子膜抑菌性研究

摘要

以昆虫(豆娘、意蜂)翅为模板，以聚乙烯醇(PVA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基材，通过软刻蚀法制备了仿生高分子膜，利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征微纳结构，分析了仿生膜对两种细菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)的抑菌性，并探讨了抑菌机理.结果表明：仿生膜成功复制了昆虫翅表面的多级微纳结构及其浸润特性.仿生膜组两种细菌的抑菌圈直径为9.50～15.84 mm,与对照膜组抑菌圈直径(6.56～6.98 mm)均差异显著(P<0.05).仿生膜组的菌液及回收液吸光度均低于对照膜组(P<0.05).在两种昆虫翅仿生膜中，豆娘仿生膜表面的纳米乳突更加尖锐、间距更小、密度更高，其抑菌性更强、黏附性更低.仿生膜对革兰阴性菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)均呈现物理杀菌作用，但对革兰阴性菌的抑制效果更为显著.昆虫翅仿生膜对细菌的高抑菌性和低黏附性主要由微纳结构及化学组成所决定.通过细菌形态、培养液电导率和胞外碱性磷酸酶(AKP)活性变化等，进一步证实了仿生膜表面纳米结构的物理杀菌效应.

关键词

仿生高分子膜 / 抑菌性 / 黏附性 / 昆虫翅 / 微纳结构

基金资助

国家自然科学基金资助项目(31671010); 福建省自然科学基金资助项目(2024J01898,2020J01377,2020J01373,2021J011113,2021J011121); 竹资源开发利用福建省高等学校重点实验室开放基金资助项目(B17000201); 三明市产学研协同创新科技项目(2022-G-3,2022-G-11); 三明学院大学生创新创业训练计划项目(S202311311076,S202211311062)