球蟒，它看似光滑的鳞片之下，还藏着一套亿万年演化出的 “物理抗菌盾”—— 密布在鳞片上的微观尖刺，能直接把细菌挡在外面，让它们根本没法附着形成危险的生物膜。
近日，这项研究发表在《ACS Omega》上，为我们开发不依赖抗生素的新型抗菌材料，打开了全新的思路，或许能帮我们应对越来越严重的抗生素耐药性危机。
其实自然界里的精妙微观结构早就不是什么新鲜事了：荷叶的超疏水微纳波纹，能帮植物快速排水防污；玫瑰花瓣的特殊结构，能让水珠停留在表面却不浸润；鲨鱼皮上的微细棱纹，能够有效降低游动时的阻力。
而之前的研究也发现，壁虎的皮肤、蝉的翅膀上，那些毛发状的微观结构，都能阻碍细菌的附着。但蛇皮的微观结构，之前的研究大多只关注它对运动摩擦、色彩呈现的作用，没人想过，它是不是也能帮蛇抵御环境里的细菌？
为了揭开这个谜底，捷克布拉格化工大学的 Václav Peroutka 团队，开始了对球蟒鳞片的详尽研究。
要搞清楚蛇皮的秘密，首先得看清楚它到底长什么样。
研究团队首先借助扫描电子显微镜，对从捷克皮尔森动物园收集到的球蟒蜕皮样本展开了微观表征。为了保证观测效果，他们先将鳞片样本固定在铝制样本架上，喷镀了 10nm 的金层来避免不导电的生物样本产生表面荷电，最终在 15kV 的加速电压下，清晰观测到了鳞片的秘密：
这些鳞片的表面，居然密密麻麻排布着整齐的微观棘刺！每一根尖刺的长度大约是 9 微米，差不多刚好和一个单细胞的大小相当。
同时，为了搞清楚鳞片的成分，提前排除化学抗菌的可能，研究团队还用到了傅里叶变换红外光谱仪（ FTIR），分析确认鳞片的主要成分是角蛋白，没有特殊的抗菌化学物质。
但这还不够，万一鳞片里藏着什么能溶出来的抗菌肽、脂质之类的物质呢？为了彻底排除化学作用的干扰，研究团队做了一组非常严谨的对照实验：
他们用冷冻研磨仪（CryoMill），把鳞片在液氮里冷冻后，研磨成了粒径小于 50μm 的超细粉末 —— 这样一来，要是鳞片里真的有什么抗菌化学物质，就会全部释放到培养基里，最大程度发挥它的作用。随后，他们把这些粉末加到细菌培养液中，用全功能酶标仪连续 24 小时监测细菌的生长曲线。
结果发现，加了鳞片粉末的培养基里，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，和普通培养基里的完全没区别！这就彻底证明了：鳞片的抗菌效果，和化学物质一点关系都没有，完全是表面的物理结构在起作用。
接下来，就是验证这些尖刺到底能不能真的挡住细菌了。
研究团队把处理好的鳞片做成了特殊的 “scale-pair” 模型：把两片鳞片背靠背用惰性硅胶粘在一起，固定在无菌钢针上，这样就能只让带尖刺的鳞片表面接触菌液，避免鳞片边缘、背面这些光滑的区域干扰实验结果。之后，他们把这些样本分别放到大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌液里，在恒温培养箱中 37℃静置孵育了 48 小时，同时用光滑的聚苯乙烯塑料作为平行对照。
48 小时后，结果让研究团队都很惊讶：
对照组的聚苯乙烯表面，已经完全被厚实的成熟生物膜覆盖了；但球蟒的鳞片表面，细菌的附着量却暴跌！
其中，大肠杆菌的附着数量直接减少了 88%，而金黄色葡萄球菌的附着量也减少了 78%！
在扫描电镜下观察更是直观：鳞片表面几乎看不到细菌，仅有的零星几个，也都躲在了尖刺之间的缝隙里，根本没法形成连片的生物膜。
要知道，生物膜可是细菌的 “防护盾”：它不仅能把营养锁在内部、把抗菌药物挡在外面，还能让细菌在里面交换耐药基因，藏在生物膜里的细菌，耐药性能比游离的细菌高 1000 倍！要是能抑制生物膜的形成，就能从根源上减少耐药菌的产生。
研究人员推测，这些尖刺的作用可能有几个：要么是减少了细菌能接触到的有效表面积，要么是让细菌没法形成稳定的群落排列；甚至有可能，这些尖锐的顶端，会直接物理性的损伤细菌的细胞膜，或者抑制它们分泌生物膜的黏液。
英国谢菲尔德大学的聚合物物理学家 Andrew Parnell 表示，这给我们提供了一个全新的思路：我们可以把这种物理抗菌的机制，和抗生素结合起来，双管齐下，说不定能让那些已经因为耐药性失效的老式抗生素，重新派上用场。
毕竟现在抗生素耐药性越来越严重，要是能做出这种物理结构的抗菌材料，不用化学药剂，就不会有耐药性的问题了 —— 细菌不可能对物理结构产生耐药性。
不过 Parnell 也提到，这种物理抗菌的效率，肯定不如化学杀菌剂那么高，我们需要转变观念：它不是 “杀光所有细菌”，而是 “抑制细菌附着形成生物膜”—— 但这已经足够了，而且这种材料可以用在更多的地方，比如医院的扶手、医疗器械的表面，甚至日常的用品，都能用上这种仿生的结构。
澳大利亚阳光海岸大学的 Gregory Watson 也指出，现在我们还需要搞清楚这些尖刺具体的作用机制，这样我们就能优化这种仿生设计，甚至做出比自然界更好的材料 —— 毕竟通过化学和工程手段，我们能造出自然界没有的结构，把这种抗菌效果再强化。
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