无论在人体内还是在各类潮湿表面，细菌常通过形成生物膜来抵御外界攻击。物理学家Eleonora Secchi正从软物质力学角度研究这种黏液状结构的形成与变化机制，目标是为更有效清除致病细菌群落提供依据。相关成果已发表在期刊《自然通讯》。

生物膜由细菌构建的凝胶状基质（矩阵）将细胞紧密黏连，形成类似“堡垒”的保护屏障。它们既可出现在技术系统中，如水管、水过滤装置，也可存在于人体内，例如口腔牙菌斑。生物膜可能造成设备堵塞，也可能与蛀牙或持续性感染相关。

Secchi表示，生物膜并非总是有害：鼻腔黏膜、肠道和皮肤上的细菌群落通常承担抵御病原体或辅助消化等功能。但当致病细菌形成生物膜时，治疗难度会显著上升。她提到，有估计认为60%至80%的感染与生物膜有关。

研究指出，生物膜难以清除的重要原因在于其矩阵屏障会阻碍免疫细胞与抗生素的进入，使细菌在群落状态下获得更强保护。在医疗场景中，生物膜还可能在手术过程中定殖于通气管或关节假体等器械表面，清洁困难且更换成本较高。

Secchi团队重点关注流动液体中的生物膜，以模拟从水管到尿道等环境。在流动条件下，生物膜可形成伸入流体的长条状“丝状体”。流体持续带来营养物质，同时也施加机械应力，使细菌群落面临被冲走的风险。

团队通过微流控技术在实验室构建类似血管或水管的微型环境，观察丝状体在流动中的力学行为。研究首次展示，丝状体会在流动造成的应力下变得更坚硬，即发生硬化。Secchi称，这种变化会使破坏性或致病生物膜更难被移除。

研究还对硬化机制作出区分：此前常见观点认为，生物膜主要通过生物学途径适应应力，即细菌借助分子传感器感知环境并主动调整矩阵成分；而该研究认为，丝状体硬化是一种“纯粹被动的物理机制”。

在材料组成方面，研究强调胞外DNA在硬化过程中发挥关键作用。除糖分子和蛋白质外，胞外DNA是生物膜的重要构建块，可作为物理骨架增强矩阵稳定性。Secchi指出，人体细胞与细菌都会持续产生胞外DNA，但在生物膜中，它不仅是遗传信息载体，也被细菌用作构筑保护结构的材料。

基于上述发现，Secchi表示未来将尝试削弱生物膜屏障，使矩阵更具渗透性，从而更易清除并提升对现有治疗的敏感性。她强调，针对生物膜不存在单一最佳手段，可能需要结合冲洗与化学方式等多种策略。

在瑞士国家科学基金会支持下，Secchi团队还计划进一步检验除丝状体之外的其他生物膜形态是否同样存在应力诱导硬化，并研究抗生素等药物在何时以及如何穿透生物膜。她表示，更深入理解生物膜的物理防御机制有望通过削弱细菌的重要防御策略之一，帮助提高治疗效果。