1.1.2 细菌生物被膜的结构 

成熟的细菌生物被膜结构可随着细菌种类、地点、附着物体材料及营养获得的难易程度的不同而有所不同。Habas 等[8]人的成熟细菌生物被膜模型从内到外包括：基质层(substratum)、条件层(conditioning film)、连接层(linking film)、主体细菌生物被膜层(bulk of bacterial biofilm)。其中，细菌自身产生的许多胞外多聚物，比如糖蛋白和胞外多糖(extracellular polysaccharide，EPS)，包裹在细菌群落外，对细菌生物被膜中细菌的存活有非常重要的影响。细菌群落之间存在着充满液体的内隙(interstitial space)，它是细菌获取营养物质和水分及排出代谢废物的通道。细菌生物被膜深处和浅处细菌的代谢活性和体积大小均有明显的差异，其结构存在着广泛的异质性。在物体表面粘附生长的细菌群落必须达到一定的数量，并且能够抵抗多种抗生素或生物杀菌剂的作用，才能算作真正的细菌生物被膜[9]。

1.1.3 细菌生物被膜的形成过程

一般认为细菌生物被膜的形成过程可以分为四步：（1）条件膜的沉积；（2）细菌的初始到达和吸附；（3）生长繁殖；（4）细菌生物被膜的形成和播散。如在医院中，当无菌的医用植入器材(多为生物材料多聚物)植入人体体内之后, 其表面立即被血液、尿液、胃肠道内黏液、唾液等各种体液包围，各种糖蛋白、金属离子、粘多糖和其它成分会在数分钟内渗透并且吸附到其表面, 形成条件膜。条件膜像网一样覆盖在基质表面, 使细菌到达时能够识别膜的成分, 并进一步吸附其上。钠、镁、铁、钙、锌等阳性金属离子便常常作为带负电荷的细菌和带负电荷的物体表面(自然界多数表面都带负电荷)之间连接的桥梁。细菌到达和吸附到物体材料表面的精确机制还在研究之中[10], 不过已有数种理论提出，其中包括 Derjaguin Landau Verwey and Overbeck(DLVO)的胶体稳定理论和热动力学理论。DLVO胶体稳定理论描述了细菌在到达物体表面过程中有关力学的变化，并且阐述了介质离子强度的影响。热动力学理论则分析了液相中的细菌在到达固相基质表面的过程中自由能的变化。细菌浓度、温度、存在时间、营养浓度、流体力学、表面生物材料的理化性质等因素起着正或负的影响。

细菌表面鞭毛、菌毛、纤毛等附加结构也可能影响细菌生物被膜的形成[10]。细菌到达并吸附在表面之后，开始生长繁殖并进一步扩散。扩散形式包括子滚动繁殖、细胞迁移、母细胞和子细胞同时迁移等三种，随着细菌种类的不同而有所不同，并影响细菌生物被膜的结构形式。有报道表明，细菌一到达物体表面后，其合成EPS的某些基因的转录活动就开始加强，如绿脓杆菌是algU，algC，algD基因的转录加强。细菌可能拥有某些接触感觉来感知物体的表面，从而启动特定基因的表达来合成EPS等。当细菌在自己产生的EPS的包裹下形成微群落，并且为自己创造了一个能抵抗抗菌因子和宿主免疫机制的微环境时，就表明成熟的细菌生物被膜已经形成。此时的细菌生物被膜能够感受微环境的变化，并通过群落间隙来获取营养物质和水分及排出代谢废物。此外，它允许多种菌株形成共同体，组成一个协同互助的环境，如其中一种细菌的产物可以作为另一种细菌的基质成分，这样互相关联。现在，细菌在吸附于物体表面后如何聚集成细菌群落并协调其行为来形成细菌生物被膜的结构，即细菌之间的信息传导机制正在进一步的研究之中。有研究表明，细菌间存在着数量感知系统 (Quorum Sensing Systems,)，使其能够感知到细菌数量的变化[11]。酰化高丝氨酸内酯(Acylated Homoserine lactones，AHLs) 是革兰氏阴性杆状细菌之间传导信息的物质之一，它在细菌生物被膜的最终形成过程中起着决定性的作用[12]。在金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌中，多糖细胞间吸附素(Polysaccharide Intercellular Adhesin，PIA) 和积累相关蛋白(Accumulation-associated Protein，AAP)也是两种可能的信息传导物质[13]。