變異鏈球菌 ( Streptococcus mutans ) 是造成口腔疾病的主要原因，此菌體藉由?的作用 ( enzymatic action ) 將口中碳水化合物轉化成高黏滯性的胞外基質 ( extracellular polymeric substance EPS )。EPS 由多醣體 ( Polysaccharides ) 組成，使變異鏈球菌附著於牙齒上之後，堆疊而形成生物膜。EPS 的結構具有?多孔洞及孔隙，能容納大量水分，使生物膜內的水分含量佔整體的 97 %，能夠幫助細菌運輸養分及廢物。S mutans 生物膜對牙齦有?多不良影響，小則蛀牙，大則患上牙周病。形成生物膜的 S mutans 由於有外層的 EPS 保護，?多抗菌劑無法直接對細菌本體作用而效果大大減低，故想要將 S mutans 的活性消除，必須先破壞EPS或是找尋不被 EPS 阻擋的殺菌劑。 本實驗使用培養兩天的生物膜，分別以紫外光、微電漿、次氯酸水溶液以及酒精，以不同時間做處理。所使用的分析方法主要為原子力顯微鏡 ( atomic force microscope AFM )，搭配電化學阻抗 ( electrochemical impedance spectroscope EIS )、螢光染色等量測，藉由觀察生物膜之表面形貌、機械性質、電學性質及存活率，得到不同殺菌方法下，各種性質的變化。機械性質方面，彈性模數、黏滯力、形變量以及能量耗散分別對應於生物膜的彈性、EPS 含量、硬度 ( stiff ) 以及水分含量；而阻抗量測結果則能夠與水分多寡相對應。我們藉由探討以上數值的變化推測生物膜中 EPS 對不同刺激的反應。另外，使用 AFM 的峰力定量奈米機械性質測量模式 ( peak force quantitative nanomechanical property mapping peak force QNM )，我們能夠在細菌表面形貌不產生改變時，得知生物膜中 EPS 的變化。藉由電性與螢光染色結果的輔助，我們的論點能更為穩固。 本實驗中利用 AFM的方法可在不傷害細菌的情況下量測生物膜機械性質，得知生物膜中 EPS 的變化。從結果中我們發現，生物膜對紫外光、微電漿、HOCl 及酒精的反應皆不一樣。紫外光能使 EPS 被分解而減少，卻不至於將結構瓦解，因此水分仍可被保留於生物膜中，而此時紫外光已可穿透過 EPS，消滅外層的 S mutams 活性；EPS 結構被微電漿所產生的反應性物質攻擊而瓦解塌陷，而反應性物質也會因為 EPS 結構豬的孔洞以及孔洞內水分的散失而進入倒生物膜內部，作用於變異鏈球菌；在 HOCl 水溶液中，free chlorine 會與 EPS 反應，使得生物膜中的水分流失，EPS 結構強度下降，此時的 free chlorine 卻已被消耗不少，因此活性消失的 S mutans 並不多；酒精對生物膜的影響在於消除 EPS 結構中的水分，導致 EPS 結構缺乏支撐而些微塌陷。 本實驗所使用的殺菌方法若欲將生物膜細菌全數消滅，則必須將各種方法交錯使用，或是將處理時間延長。然而，每一種殺菌劑的處理時間都有限制。在未來，期望能研究出有效率的方法，將此方法應用於醫療或工業，除了能治療疾病外，也能改善衛生問題。
探討變異鏈球菌在環境刺激下之生物力學與電化學反應
宜蓁, 楊. (Author). 2015 Aug 13
Student thesis: Master's Thesis