据《生物膜》杂志报道，由马萨诸塞大学阿默斯特分校的工程师领导的一组研究人员发明了一种紫外线发射玻璃，可以减少98%的水下环境表面生长的生物膜。
生物膜是由生长在潮湿表面的各种微生物组成的粘稠层。马萨诸塞大学阿默斯特分校土木与环境工程助理教授Mariana Lanzarini-Lopes是该论文的通讯作者之一，她说:“如果你往水槽里看，摸一下它的内部，那种粘糊糊的物质就是生物膜。”
生物膜是水下应用的一个重要问题。美国海军估计，生物膜每年要花费其舰队1.8亿至2.6亿美元。生物膜在所有水下表面的生长增加了船舶的阻力和随后的燃料消耗，以及对船舶或海洋设备的腐蚀损害。
生物膜还可以使用于照相机和其他依赖透明度的传感设备的窗户起雾，并将非本地物种运送到海洋彼岸。
目前处理生物膜的解决方案依赖于化学试剂，如杀菌剂涂层来杀死生物或不粘涂层来防止生物膜附着。然而，这些方法可能对生态系统产生负面影响，并且只能持续很短的时间。
作为这些化学方法的替代方案，马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究小组利用紫外线辐射开发了抗生物膜玻璃，这是对紫外线辐射波长消毒最短、最有效的方法。
Lopes的实验室已经证明，UV侧发射光纤可以将UVC辐射分布在小通道中，如医疗设备(即内窥镜、导管和呼吸器)、家用设备(咖啡机和冰箱)和水储存/分配系统(管道、膀胱、膜)，以灭活病原生物并防止细菌在表面生长。
“很多人都知道紫外线可以消毒表面、空气和水，”Lopes说。“人们开始更多地使用它，特别是因为它对SARS-CoV-2病毒的消毒非常有效。”
然而，在水下环境中，这并不像用紫外线照射玻璃那么简单。“我们不能使用传统光源将光均匀地分布在表面上，”Lopes实验室的博士后研究助理、该研究的主要作者Leila Alidokht说。当光线远离光源时，光线会变得越来越弱，这使得光线很难覆盖大面积的表面。紫外线波也会受到周围水的浑浊程度的干扰。
紫外线的不均匀分布给形成生物膜的微生物提供了一个立足点，使整个表面变得脆弱:“如果生物膜可以附着在表面的一部分，它就可以扩散到其他部分，”她补充说。
该团队的解决方案是在玻璃上涂上二氧化硅纳米颗粒涂层。“UV LED从玻璃的横截面连接，”Alidokht描述道。“当紫外线进入玻璃时，我们利用这些光散射纳米粒子将紫外线从玻璃内部散射到玻璃外部。”二氧化硅不吸收紫外线。波继续从纳米粒子上反弹，穿过玻璃内部，使玻璃表面均匀地“发光”。
为了测试它，研究人员与佛罗里达理工学院和海军合作，将这种发射紫外线的玻璃浸入佛罗里达州卡纳维拉尔港的水中20天。与未经处理的玻璃相比，这种玻璃减少了98%的可见生物膜生长。
“与外部紫外线照射技术相反，紫外线发射玻璃直接在感兴趣的表面抑制生物膜的形成——表面本身就是紫外线的来源，”Alidokht说。
她很高兴这一发现为各种消毒应用打开了大门。她说:“这项开发的技术可用于消毒透明表面，如船舶窗户、漂浮球体和系泊浮标、相机镜头和海洋、农业和水处理应用的传感器。”
这个小组已经获得了他们的发现的临时专利。
现在，研究小组已经证明这种玻璃可以有效地抵抗生物膜的形成(称为生物污垢)，他们很高兴能优化他们的发现:测试长期应用，评估对环境的影响，并创造更大的表面积。
另一个未来的探索途径是:“我们也在努力防止相机镜头上的生物膜，”Lopes补充道。“(水下摄像机)部署时间的主要阻碍因素是生物污垢，所以只要你能降低生物污垢的速率，你就可以增加部署所有光学设备的时间。”
更多信息:Leila Alidokht等人，紫外线发射玻璃:透明表面生物膜抑制的有前途的策略，生物膜(2024)。DOI: 10.1016/j.b ebiowm .2024.100186由马萨诸塞大学阿默斯特分校提供引文:研究小组为海洋环境创造了抗生物膜玻璃(2024年，4月2日)检索自https://techxplore.com/news/2024-04-team-biofilm-resistant-glass-marine.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
