Comunitățile bacteriene asociate la suprafață, cunoscute sub numele de biofilme, sunt responsabile pentru un spectru larg de infecții la om. Studii recente au indicat faptul că suprafețele care conțin proeminențe de dimensiuni nanometrice, cum ar fi cele din aripile libelulelor, creează o nișă ostilă pentru colonizarea bacteriană și creșterea biofilmului. Această funcționalitate a fost imitată pe metale și semiconductori prin crearea de nanopiloane și alte nanostructuri cu raport de aspect ridicat la interfața acestor materiale. Cu toate acestea, topografiile bactericide nu au fost raportate pe hidrogeluri relevante din punct de vedere clinic și pe polimeri foarte flexibili, în principal din cauza complexității fabricării de nanomodele în hidrogeluri cu un control precis al dimensiunii care să reziste, de asemenea, la imersiunea apoasă. Aici, raportăm fabricarea de nanostructuri bactericide bioinspirate în hidrogeluri de celuloză bacteriană (BC) utilizând iradierea cu fascicule de ioni de joasă energie. Sfidând punctul de vedere acceptat în prezent, arătăm că nanostructurile cultivate în BC afectează în mod preferențial membranele rigide, cum ar fi cele ale bacteriei Gram-pozitive Bacillus subtilis, într-o manieră dependentă de timp și, într-o măsură mai mică, membrana mai deformabilă și mai moale a Escherichia coli. Mai mult, nanostructurile din BC nu au afectat viabilitatea preosteoblastelor murine. Utilizând analiza monocelulară, demonstrăm că, într-adevăr, B. subtilis are nevoie de mai puțină forță decât E. coli pentru a fi penetrată de nanosonde cu dimensiuni comparabile cu cele ale BC nanostructurate, furnizând prima dovadă experimentală directă care validează un model mecanic de rupere a membranei prin intermediul unui mecanism indus de tensiune în cadrul teoriei energiei de activare. Descoperirile noastre fac legătura între suprafețele mecano-bactericide și materialele cu dimensiuni reduse, inclusiv nanotuburile de carbon cu un singur perete și nanofoliile de grafen, în cazul cărora a fost raportată pe larg o activitate bactericidă mai mare față de bacteriile Gram-pozitive. Rezultatele noastre demonstrează, de asemenea, capacitatea de a conferi proprietăți bactericide unui hidrogel prin simpla modificare a topografiei sale la scară nanometrică și contribuie la o mai bună înțelegere a mecanobiologiei bacteriene, care este fundamentală pentru proiectarea rațională a topografiilor bactericide.
.