难以消灭的细菌，会导致空间站设备故障，甚至导致宇航员生病！

十二音阶囤

麻省理工学院的科学家与科罗拉多大学博尔德分校的同事合作，进行一项送往国际空间站(ISS)的实验。该实验正在寻找解决空间站内表面生物膜形成的方法。这些难以消灭的细菌或真菌群落会导致设备故障，并使宇航员生病。麻省理工学院机械工程教授Kripa Varanasi和博士生Samantha McBride描述计划中的实验和目标。在空间站的表面上生长着生物膜，这一开始对我们来说是一个惊喜，它们为什么会在太空中生长？

但这是一个可能危及关键设备（太空服、水回收装置、散热器、导航窗等）的问题，还可能导致人类疾病。因此，需要对其进行理解和描述，特别是对于长期的空间任务。在一些早期的空间站任务中，如MIR和Skylab，有宇航员在太空中生病，不知道我们是否可以肯定地说这是由于这些生物造成，但我们知道已经有设备故障由于生物膜的增长，如堵塞的阀门。在过去，有研究表明生物膜实际上在太空中的生长和积累比在地球上更多，这有点令人惊讶。

它们变得更厚，它们有不同的形式，这个项目的目标是研究生物膜是如何在太空中生长。为什么它们会有这么多不同的形态？本质上，它是没有重力，可能还有其他驱动力，例如对流。在目前与加州大学博尔德分校的Luis Zea的合作中，正在研究在存在和不存在重力情况下工程基底上的生物膜生长。制造不同的表面让这些生物膜在上面生长，应用在这个实验室中开发的一些技术，包括液体浸渍表面[LIS]和超疏水纳米结构表面，观察了生物膜是如何在它们上面生长的。

发现，经过一年的实验，在地球上，空间站表面做得非常好：与许多其他先进的基质相比，没有生物膜的生长。有迹象表明，细菌实际上可能会增加它们在太空中的毒性，因此宇航员更有可能生病。这很有趣，因为通常当你想到细菌时，想到的是一些非常小的东西，重力不应该发挥那么大的作用。RPI的Cynthia Collin教授团队先前在国际空间站上做了一项实验，表明当有正常重力时，细菌能够四处移动并形成这些蘑菇状的形状，而在微重力下，可移动的细菌形成这种生物膜的冠层形状。

所以基本上，它们不再受约束，它们可以开始在这种不寻常的形态中向外生长。现在不是只看细菌如何对地球上的微重力做出反应，而也在研究它们是如何在不同的工程基质上生长。而且，更根本的是，可以看到为什么细菌生物膜形成的方式，它们在地球上，只是通过消除一个变量，具有重力。有两种不同的实验，一种是细菌生物膜，另一种是真菌生物膜。研究团队一直在这些表面存在的测试介质中生长这些生物，然后通过生物膜质量，厚度，形态，然后是基因表达来表征它们。

这些样品现在将被送往空间站，看看它们在那里是如何生长的。到目前为止发现而且有趣的是，大量的生物质生长在超疏水表面，这通常被认为是防污染的。相反，在液体浸渍的表面，Liquiglide背后的技术，基本上没有生物量的增长。这产生了与阴性对照相同的结果，其中没有细菌。同时还做了一些对照试验，以确认在液体浸渍表面上使用的油不具有生物杀灭作用。所以不只是杀死细菌，它们实际上只是没有附着在底物上，它们也不会在那里生长，对于空间的表面，将观察其上是否形成生物膜。

这两个结果都非常有趣，如果生物膜生长在太空中的这些表面上，而不是地面上，这将告诉我们一些关于这些有机体行为非常有趣的事情。当然，如果生物膜没有形成，表面阻止形成，就像在地面上做的那样，那么这也很棒。因为现在我们有一种机制来防止空间站中一些设备上的生物膜形成。所以研究团队对这两个结果都很满意，但是如果空间站的表现和地面上的一样好，这将对未来的太空任务产生巨大影响，在防止生物膜和不让人生病方面会有很大的影响。

从根本上讲，从科学的角度来看，想要了解这些薄膜的生长，并了解生长背后的所有生物力学，生物物理和生物化学机制。通过添加表面形貌、纹理和其他属性(如液体浸渍表面)，可以在这些薄膜的生长和演变中看到新的现象，并可能实际提出解决问题的解决方案。然后就可以设计出具有这些特点的新设备，甚至是太空服。因此，这就是科学家们希望从中学习并提出解决方案的地方。
博科园｜文：David L.Chandler/麻省理工学院
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