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细菌表面的疏水性和表面电荷有相关性吗？

　　细菌表面总是带负电荷。电荷的大小与细胞表面的疏水性和亲水性有关。

　　据研究，大多数细菌等电点的pH值为3～4，而水中细菌细胞表面电荷的性质受pH值控制，即水的pH值低于细菌等电点时，细菌细胞表面带正电荷，反之则带负电荷。

　　赴美治疗服务机构和生元国际了解到，这些实验和理论物理的研究结果可能有助于改善抗菌表面。这项研究工作最近发表在《纳米尺度》杂志上。他们使用扫描原子力显微镜，将微小的细菌细胞压在不同类型的表面上，然后确定将粘附的细胞从表面抬起所需的力。

　　这种实验结构允许研究人员记录所谓的力-距离曲线。“我们使用非常光滑的硅表面作为模型表面。在一组实验中，制备了硅表面，使其具有较高的水润湿性;在另一组实验中，他们被处理为高度疏水。

　　“我们能够证明，细菌细胞附着在疏水性表面上的强度比附着在亲水(可湿性)表面的要大得多，因为水可以轻易地从疏水性表面滚下来。”卡琳·雅各布斯解释道。

　　但这不仅仅是两种表面类型之间的力的大小不同，力-距离曲线的形状也不同(见图)。“在疏水表面，我们可以看到非常平滑的曲线，呈典型的杯状。相反，在亲水表面，我们观察到力-距离曲线呈锯齿状，”雅各布斯教授说。

　　为了理解这些结果，这些复杂系统的动力学采用蒙特卡洛模拟，由萨尔兰大学理论物理学教授LudgerSanten教授领导的研究小组进行。

　　该模型将细菌细胞视为一个坚硬的球体，细胞壁中的分子将细胞以微小的弹簧的形式固定在细胞表面。“为了重现实验结果，分子结合过程的随机性比试图增加模型的复杂性更重要。”

　　我们现在已经发现了为什么细菌细胞在不同类型的表面表现如此不同。在疏水性表面，大量的细胞壁蛋白质粘附在表面，这导致一个强大的结合力，并产生一个平滑的力-距离曲线，”LudgerSanten解释说。

　　相比之下，在亲水表面，很少有细胞壁蛋白质参与将细菌拴在表面。结果，细菌在表面的吸附力减弱，力-距离曲线的形状也不太均匀。

　　“我们在亲水性表面上看到的锯齿状曲线是由一些细胞壁分子从表面被拉出来造成的。”“因为参与其中的细胞壁蛋白质更少，细菌与亲水表面结合的强度更小，”ErikMaikranz说，他进行了蒙特卡洛模拟，这是他博士研究工作的一部分。

　　由于force-distance曲线的不同形状,物理学家假设在一个亲水表面少细胞壁蛋白质参与绑定过程,因为这些分子首先必须克服势垒,从而有效地减少蛋白质大分子的数量,可以使细胞表面。

　　“在亲水性表面上粘附的潜在障碍相对较高，所以只有少数细胞壁蛋白能够在特定时间内克服这种能量障碍。”但在疏水性表面，屏障小得可以忽略，所以许多细胞壁蛋白质可以直接附着在表面上。

　　据研究表明：当使用疏水性的毛细管抽取水滴时，水池会获得一个相等且相反的负电荷。而使用玻璃毛细管则不会出现这种情况。

　　"从这些实验结果中，我们可以推断出这些疏水表面携带负表面电荷，即使在空气中也是如此，这是很反常的，"当表面插入水中时，正离子被吸引向它，而负离子被排斥。疏水性确保了液体从表面离开时不会留下薄膜。"