Przylegające do powierzchni zbiorowiska bakterii, znane jako biofilmy, są odpowiedzialne za szerokie spektrum infekcji u ludzi. Ostatnie badania wykazały, że powierzchnie zawierające nanoskalowe wypukłości, jak te w skrzydłach ważki, tworzą wrogą niszę dla kolonizacji bakterii i wzrostu biofilmu. Ta funkcjonalność została naśladowana na metalach i półprzewodnikach poprzez tworzenie nanopilar i innych nanostruktur o wysokim współczynniku kształtu na styku tych materiałów. Jednakże, bakteriobójcze topografie nie zostały opisane na klinicznie istotnych hydrożelach i polimerach o wysokiej elastyczności, głównie z powodu złożoności wytwarzania nanopostaci w hydrożelach z precyzyjną kontrolą rozmiaru, które mogą być również odporne na zanurzenie w wodzie. W niniejszej pracy opisujemy wytwarzanie inspirowanych biologicznie bakteriobójczych nanostruktur w hydrożelach z celulozy bakteryjnej (BC) za pomocą niskoenergetycznej wiązki jonów. Podważając obecnie przyjęty pogląd, pokazujemy, że nanostruktury hodowane w BC oddziałują w sposób zależny od czasu na sztywne membrany bakterii Gram-dodatnich Bacillus subtilis oraz, w mniejszym stopniu, na bardziej odkształcalną i miękką membranę Escherichia coli. Co więcej, nanostruktury w BC nie wpływały na żywotność preosteoblastów murine. Wykorzystując analizę pojedynczych komórek, pokazujemy, że rzeczywiście B. subtilis wymaga mniejszej siły niż E. coli do penetracji przez nanoprobówki o wymiarach porównywalnych do nanostruktur BC, dostarczając pierwszych bezpośrednich dowodów eksperymentalnych potwierdzających mechaniczny model rozerwania błony poprzez mechanizm indukowany napięciem w ramach teorii energii aktywacji. Nasze odkrycia wypełniają lukę pomiędzy mechaniczno-bakteriobójczymi powierzchniami a materiałami niskowymiarowymi, w tym jednościennymi nanorurkami węglowymi i arkuszami grafenu, w których wyższa aktywność bakteriobójcza w stosunku do bakterii Gram-dodatnich została szeroko opisana. Nasze wyniki pokazują również możliwość nadania właściwości bakteriobójczych hydrożelowi poprzez zmianę jego topografii w nanoskali i przyczyniają się do lepszego zrozumienia mechanobiologii bakterii, co ma fundamentalne znaczenie dla racjonalnego projektowania bakteriobójczych topografii.
.