微生物对于外界的电扰动

材料和电之间存在密切的关联。如基于摩擦起电的现象，通过选择合适的材料和电路设计，可成功制备将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机。而将电场作用于材料时，也可对材料的多方面性质产生影响，如改变材料的电荷数量和电荷分布。与此相比，不那么为人所知的是，生物细胞也在时刻进行着密集、精细、活跃的电活动。细胞维持新陈代谢所必需的能量的产生，就是通过电子在呼吸链上的一系列蛋白之间的传递所实现的。真核生物细胞的呼吸链相关蛋白位于线粒体内，而微生物如细菌的呼吸链相关蛋白位于细胞膜上。因此，微生物对于外界的电扰动更为敏感。

很多植入材料可通过其表面的物理修饰或化学改性，获得一定的抗菌性能，从而更适应植入的需求。这些修饰的作用机理都可落到“电”上。如在钛基材料的表面通过离子注入的方式引入银、锌等纳米颗粒，可由于在银、锌纳米颗粒的周围与钛基底发生微观的电化学反应而使得钛基底获得抗菌性能。

又如通过化学修饰，在材料表面修饰上带正电荷的高分子，使得材料表面的电荷发生改变，也可使原本不具备抗菌能力的材料获得抗菌性能。再者可以引入电场直接作用在纳米材料表面，由于纳米材料的小尺寸，可以在表面形成高压电场，对细菌造成电穿孔，也可造成杀菌的效果。

近日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所在实验中发现并确认了一种新的电对材料的作用方式，可以使材料获得抗菌性能。该研究结果于5月24日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）期刊上（DOI： 10.1038/s41467-018-04317-2）。

这一研究发现起源于纳米能源所李舟课题组和王中林课题组于2017年联合在Nano Energy上发表的一项研究工作，助理研究员封红青为第一作者。在那项工作中，他们将收集水波能的摩擦纳米发电机输出的电压、电流连接到修饰了氧化锌纳米线和纳米银颗粒的碳布电极上，并让细菌溶液从碳布电场之间流过。他们检测了发电机工作提供电压、电流时，流经该系统的细菌被杀灭的情况。