水凝胶是一类柔软、呈果冻状且可吸收大量水分的材料，广泛用于隐形眼镜、伤口敷料等医疗场景，也常被用作实验室细菌培养基质。不过，为什么有些水凝胶会促进细菌生长、而另一些则会抑制细菌扩散，长期以来缺乏清晰解释。

英国华威大学研究团队近日在期刊《Communications Materials》发表研究称，水凝胶对细菌生长的影响不仅与材料的物理特性相关，尤其是刚度与含水量，还与细菌细胞表面的特征以及凝胶表面电荷等因素共同作用有关。

多种细菌与水凝胶条件下的对比测试

研究人员选取四种常见细菌进行实验，包括革兰氏阴性菌大肠杆菌、荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens），以及革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌。团队在不同刚度与含水量组合的水凝胶中开展测试，覆盖120种条件。

为更贴近现实使用环境，研究人员采用将细菌轻轻刺入凝胶表面的方式，使其可通过微小缺陷进入材料内部，以模拟医疗器械或敷料受损时细菌可能侵入的情形。

结果显示，在所有受测细菌中，较软且含水量较高的凝胶更有利于细菌快速生长；相较之下，较硬且含水量较低的材料会持续减缓细菌在表面及凝胶内部的扩散。

华威医学院研究员Andrea Dsouza在论文中表示，软且湿润的水凝胶因高含水量与弹性，为细菌扩展提供空间，也使营养物质更容易在材料中移动；而更硬、含水量更低的凝胶会带来更大的物理阻力，从而形成不利于细菌生长的环境。

营养条件与电荷效应的作用路径

研究团队还指出，用于培养细菌的营养溶液对细菌生长的影响，主要是通过改变凝胶的物理性质（如刚度与保水性）来实现，而不是因为其作为“更好或更差的食物来源”。研究人员认为，这一结论可能有助于解释以往关于细菌在凝胶中生长的研究结果为何常出现不一致。

此外，研究还观察到更具选择性的抑制机制：在某些条件下，带负电荷的凝胶会通过静电相互作用排斥细菌表面带负电荷的细菌，尤其在较高浓度凝胶中，这种效应会进一步限制细菌生长。

资深作者、副教授Jérôme Charmet表示，通过同时考察刚度、含水量、营养条件与表面电荷等因素，团队得以更清晰描绘水凝胶调控细菌生长的整体图景，关键在于这些因素的综合作用。

对实验材料与医疗敷料设计的启示

研究人员认为，上述发现对不同领域具有参考价值：对微生物学研究而言，可为设计更适合实验室细菌培养的凝胶条件提供依据；对材料科学家与生物医学工程师而言，则提示可通过物理设计策略，而非依赖化学添加剂或抗生素，来降低有害细菌在材料上的定植风险。

Dsouza补充称，湿润环境有助于伤口愈合，但过软的材料也可能促进细菌生长；相关挑战在于如何设计既能保持足够湿润以促进组织修复，又能在机械层面抑制微生物扩散的敷料。

研究还提到，在抗生素耐药性上升的背景下，开发对细菌具有物理抑制作用的材料，或可为感染防控提供新的思路。