细菌生物膜引发的感染堪称 “顽固难题”—— 从医疗植入物到食品包装，这些细菌聚集形成的薄膜不仅导致了约 80% 的慢性和医院感染，还对抗生素产生强耐药性，让传统防控手段束手无策。不过，瑞典查尔姆斯理工大学等团队的最新研究带来了突破性解决方案：一种基于金属有机框架（MOFs）的新型机械杀菌表面，无需化学药物，仅靠物理结构就能高效杀灭细菌，相关成果发表在《Advanced Science》（https://doi.org/10.1002/advs.202505976）。

 传统抗菌手段多依赖抗生素或金属离子的化学作用，容易引发抗菌耐药性（AMR）这一全球健康威胁。而这种新型机械杀菌（MB）表面，走了一条完全不同的路：通过表面的纳米级尖刺结构，对细菌进行物理损伤，从根源上避免耐药性问题。

研究团队选择了两种生物相容性极佳的 MOF 材料 ——UiO-66 (Zr) 和 MIL-88B (Fe)，构建出蒺藜状的 “MOF-on-MOF” 杂化物（简称 MoU）。这种杂化物的核心是 UiO-66 (Zr)，表面伸出的 MIL-88B (Fe) 纳米柱堪称 “杀菌尖刺”：尖端直径不足 5 纳米，基底直径 200 纳米，长度 300 纳米，间距约 500 纳米，既能精准接触细菌，又不会让细菌嵌入间隙。

图1：金属有机框架（MOF）机械杀菌（MB）表面

 为了让这种杀菌表面能真正落地应用，研究团队开发了两种超简便的组装方式：

• 原位生长法：先在基板上培育 UiO-66 层，再让 MIL-88B 纳米柱垂直外延生长，形成 “单针朝上” 的规整结构，制备温度仅 120℃；

• 原位滴涂法：先批量合成 MoU 杂化物，再将其溶液滴涂到基板上，利用杂化物的三维结构自动形成 “四针朝上” 的布局，室温下就能完成。

图2：结构表征

实验数据显示，这种 MOF 杀菌表面的表现十分亮眼：对大肠杆菌（革兰氏阴性菌）的 24 小时杀菌效率最高可达 83%，跻身已知纯机械杀菌表面的顶尖水平。即便对耐多药金黄色葡萄球菌这类高风险致病菌，也能通过物理作用有效杀灭。

1. 拉伸破裂：细菌被多个纳米柱固定，细胞膜因拉伸撕裂；

2. 穿刺破裂：尖锐的纳米柱直接穿透细菌膜，导致细胞质泄漏；

3. 机械损伤：即便未穿透细胞膜，纳米柱带来的挤压应力也会引发细菌氧化应激，最终凋亡。

而且，抑菌圈测试证明该表面化学毒性极低，不会对人体细胞造成伤害，安全性完全符合生物医学应用要求。

图3：MOF MB抗菌性能

图3：MOF MB抗菌机制研究

这种兼具高效、安全、可规模化优势的 MOF 杀菌表面，未来应用前景十分广阔：

• 医疗领域：可用于植入式医疗器械、牙科设备表面，减少术后感染风险；

• 食品领域：适配食品包装材料，抑制细菌滋生，延长食品保质期；

• 日常场景：可应用于公共设施、家电表面，构建无化学残留的抗菌环境。

   一段话总结：该研究提出一种基于金属有机框架（MOFs）外延生长的简便可扩展方法，以MIL-88B (Fe)-on-UiO-66 (Zr)（MoU）杂化物为构建单元制备机械杀菌（MB）表面，通过原位生长（形成 “单针朝上” 取向，纳米柱尖端直径 < 5 nm、基底直径 200 nm、长度 300 nm）和原位滴涂（形成 “四针朝上” 取向）两种组装方式，均实现对大肠杆菌的杀菌效果，其中滴涂法杀菌效率达83%；通过 SEM 观察到细菌存在拉伸破裂、穿刺破裂、非穿刺机械损伤三种死亡机制，且该 MOF MB 表面具有低 cytotoxicity、制备温度低（原位生长 120°C、滴涂室温）、无需复杂设备等优势，为医疗植入物、食品包装等领域的生物膜防控提供新方案。