納米粒子：讓病菌“無處遁形”

原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/9/388524.shtm

■本報見習記者 高雅麗

大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在自然界中無處不在，由這兩種細菌引起的感染，已經成為世界性的衛生難題。大腸桿菌能夠輕易地讓人體出現腹瀉、嘔吐、發熱等一系列食物中毒的癥狀。

近日，中科院蘇州醫工所董文飛團隊改良了一種磁介孔納米粒子，應用到抑菌材料上，就能讓革蘭氏陰性大腸桿菌和革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌“無處遁形”。

納米粒子“顯神通”

在健康醫療、化妝品和食品領域，消費者越來越關注細菌感染和細菌污染問題。雖然檢測手段不斷發展，消毒技術也得到長足進步，但病原性細菌的精確測量和有效清除仍面臨巨大挑戰。

蘇州醫工所戰略規劃處處長、檢驗室常務副主任董文飛對《中國科學報》記者說：“目前科學界都在通過改善多功能平臺，尋求獲得較高細菌捕獲效率的方法，同時進行細菌檢測和清除。”

據董文飛介紹，傳統的磁介孔二氧化硅納米粒子是核殼結構，納米粒子磁性差，比表面積小，載藥能力弱，在實際應用方面受到了嚴重制約。2011年，董文飛通過一鍋法合成出了Janus型磁介孔二氧化硅納米粒子。

團隊成員常智敏解釋道：“一鍋法就是一步反應，將反應原料一起投入到反應容器中，一步得到產物。這種合成方法操作簡單、反應時間短，且以純水作為反應溶劑，更加安全環保，為工業化生成提供了便利。”

而團隊最新改良的磁介孔納米粒子（Janus MSNs），由具有各向異性的CTAB擔載氨基修飾。常智敏說：“CTAB有殺菌性能，能有效消除革蘭氏陰性大腸桿菌和革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌。同時，納米粒子表面帶有正電荷，細菌表面帶有負電荷，通過靜電作用，可以實現大腸桿菌和金黃色葡萄球菌捕獲及分離目的。”

傳統的裸磁性納米顆粒由于殺菌藥物負載容量有限制，細菌捕獲效率低，應用范圍受限。而磁性納米平臺具有杰出細菌捕獲、分離和清除性能，這些多功能平臺可能會極大促進臨床診斷、環境檢測和食品安全領域的發展。

“實驗證明，我們開發的Janus型磁介孔二氧化硅納米粒子在細菌的結合捕獲分離、抑制方面有極好的表現。同時，也在癌癥的治療、診斷上展現出了極好的潛能。”常智敏表示。

研發有自主知識產權的“科學儀器”

在團隊成員李力的腦海中，他清晰地記得團隊申報重大科學儀器設備開發重點專項時的場景：“項目屬于國家重點研發計劃，在申報階段，董老師帶著我和葛明鋒博士，連續三天寫材料寫到了凌晨3點，反復斟酌和修改，對腦力和體力都是考驗。”

今年8月份，董文飛團隊申報的“大視場生物成像分析儀項目”成功立項，項目包含8個課題。“四項儀器開發，四項技術應用。”董文飛對記者說。

李力說：“項目首先要確定技術方案，認真研讀申報指南后，我們決定采用離軸三反光學系統，攻克大視場高分辨離軸反射式光學系統設計技術、大面陣高分辨探測器和大面積單層細胞推片技術三個關鍵技術，從而開發出新型大視場高分辨生物成像分析儀。”

對采用的新技術，李力打了個比方：“離軸三反光學系統主要應用在衛星遙感方面，我們要研發的系統是觀察微小的稀有細胞，就相當于利用衛星在天上觀測地面的技術，來實現用顯微鏡尋找稀有細胞。這在技術上是相通的，只不過從宏觀變到了微觀應用。”

在尋找稀有細胞的實驗中，熒光標記非常重要，熒光強度高的熒光染料是實現細胞標記的關鍵。“熒光標記我們以前沒做過，自己心里也沒底，在申報項目之前，我們做了大量前期試驗，測試了十來種熒光染料，最終找到了合適的材料。”

李力表示，目前該材料是商用性質，隨著后期項目開展，團隊計劃自己開發這類強熒光染料。

在董文飛心中，形成具有“自主知識產權、功能健全、質量穩定可靠”的大視場生物成像儀器非常有必要。“目前團隊正在有條不紊地開展高次非球面離軸光學成像、大面陣高分辨探測器和大面積單層細胞推片等關鍵技術的研發工作，特別是大面積單層細胞推片技術，我們計劃在今年春節之前形成工程樣機。”董文飛表示。

年輕有“拼勁”的團隊

董文飛的研究團隊2014年成立，短短三年時間，已經擁有13名成員。“雖然我們的團隊非常年輕，但大家有沖勁也有拼勁。”董文飛這樣評價自己的團隊。

自團隊成立，就形成了固定的“午餐交流”時刻。常智敏說：“董老師基本中午都和我們一起吃飯，聊科研、聊工作，每周三晚上還會對一周的工作成果進行匯報總結，研讀最新的國內外科研成果。”

在常智敏眼中，董文飛是一位“非常熱愛科研工作，對科研的態度極其嚴謹”的老師。在董老師的帶動下，整個團隊也形成了輕松、嚴肅的科學氛圍。

在研究開發Janus型磁介孔納米粒子時，由于國內外在該領域的研究很少，能夠給團隊提供借鑒的理論依據并不多，大家的工作開展也是“摸著石頭過河”。在研究過程中，團隊成員檢索了大量資料，推導很多公式，優化合成反應，最終交出了一份滿意的答卷。