納米粒子：讓病菌「無處遁形」

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台，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，載葯能力弱，在實際應用方面受到了嚴重製約。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於殺菌藥物負載容量有限制，細菌捕獲效率低，應用範圍受限。而磁性納米平台具有傑出細菌捕獲、分離和清除性能，這些多功能平台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，也在癌症的治療、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：「項目屬於國家重點研發計劃，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，反覆斟酌和修改，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，認真研讀申報指南後，我們決定採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。」

對採用的新技術，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，就相當於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，熒游標記非常重要，熒光強度高的熒光染料是實現細胞標記的關鍵。「熒游標記我們以前沒做過，自己心裡也沒底，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，隨著後期項目開展，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，但大家有衝勁也有拼勁。」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彙報總結，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鬆、嚴肅的科學氛圍。

在研究開發Janus型磁介孔納米粒子時，由於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並不多，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。

據董文飛介紹，團隊未來會繼續在細菌及細胞的特異性識別和捕獲研究中加大投入力度，開發多種類的功能性納米材料，擴大現有納米材料的應用範圍，「我們將重點研發診治一體化納米粒子、稀有細胞富集和檢測技術和大視場生物成像分析技術。」

作為團隊骨幹成員之一，常智敏也對即將開展的研究充滿信心：「我們會關注納米粒子在癌症、白血病領域的應用。例如稀有細胞富集和檢測技術，可以檢測到循環腫瘤細胞轉移，有效檢測癌症複發的情況。」

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