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自然條件下，細菌以浮游和生物膜兩種生長狀態存在。為抵抗環境中的各種不利因素，如抗生素的殺菌、過酸或過堿的環境、被宿主免疫細胞吞噬等，單一或多種細菌會聚集成團塊，形成與單個游走態細胞對應的生物膜。
在細菌生物膜中，細菌本身只占不到1/3的體積，余下的空間則由細菌分泌的“胞外基質”的粘性物質占據。正是這些粘性物質將成千上萬個細菌連接在一起。據專家估計，人類65%以上的細菌感染與細菌生物膜有關。生物膜的形成是一個循環往復的動態過程。細菌先要粘附于人體組織或物體表面，然后通過“酰化同絲氨酸內酯”分子進行相互間的信息交流，引來同類細菌聚集。當酰化同絲氨酸內酯的濃度升高時，細菌體內的某些基因被激活，分泌出構成胞外基質的蛋白成分，從而形成完整的生物膜結構。
隨著現代醫學的發展，新型生物材料的應用日益增多，生物材料相關感染率逐年上升。據流行病學調查數據顯示，99%的機械通氣患者氣管插管處有細菌定植并反復感染，導尿管相關泌尿系統感染發生率為92%-93%。
生物膜細菌對于抗菌藥物具有天然的抵抗能力，它的耐藥機制與單個細菌迥然不同。不攜帶耐藥基因的敏感菌形成生物膜后，對抗菌藥物的敏感性會降低，但當細菌脫落為浮游菌后，又很快恢復對抗菌藥物的敏感性。當感染部位的細菌或生物材料污染的細菌一旦形成生物膜，即使使用正常劑量成百倍甚至上千倍的藥物也不易治愈。
生物膜細菌強大的耐藥性與生物膜的結構息息相關。對應對生物膜細菌的耐藥性一是研發新的抗生素；二是打碎生物膜，讓細菌分割開來，但無論哪種辦法，都必須清楚了解生物膜的形成機理和結構。
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