纳米粒子：让病菌“无处遁形”

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■本报见习记者 高雅丽

大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在自然界中无处不在，由这两种细菌引起的感染，已经成为世界性的卫生难题。大肠杆菌能够轻易地让人体出现腹泻、呕吐、发热等一系列食物中毒的症状。

近日，中科院苏州医工所董文飞团队改良了一种磁介孔纳米粒子，应用到抑菌材料上，就能让革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌“无处遁形”。

纳米粒子“显神通”

在健康医疗、化妆品和食品领域，消费者越来越关注细菌感染和细菌污染问题。虽然检测手段不断发展，消毒技术也得到长足进步，但病原性细菌的精确测量和有效清除仍面临巨大挑战。

苏州医工所战略规划处处长、检验室常务副主任董文飞对《中国科学报》记者说：“目前科学界都在通过改善多功能平台，寻求获得较高细菌捕获效率的方法，同时进行细菌检测和清除。”

据董文飞介绍，传统的磁介孔二氧化硅纳米粒子是核壳结构，纳米粒子磁性差，比表面积小，载药能力弱，在实际应用方面受到了严重制约。2011年，董文飞通过一锅法合成出了Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子。

团队成员常智敏解释道：“一锅法就是一步反应，将反应原料一起投入到反应容器中，一步得到产物。这种合成方法操作简单、反应时间短，且以纯水作为反应溶剂，更加安全环保，为工业化生成提供了便利。”

而团队最新改良的磁介孔纳米粒子（Janus MSNs），由具有各向异性的CTAB担载氨基修饰。常智敏说：“CTAB有杀菌性能，能有效消除革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌。同时，纳米粒子表面带有正电荷，细菌表面带有负电荷，通过静电作用，可以实现大肠杆菌和金黄色葡萄球菌捕获及分离目的。”

传统的裸磁性纳米颗粒由于杀菌药物负载容量有限制，细菌捕获效率低，应用范围受限。而磁性纳米平台具有杰出细菌捕获、分离和清除性能，这些多功能平台可能会极大促进临床诊断、环境检测和食品安全领域的发展。

“实验证明，我们开发的Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子在细菌的结合捕获分离、抑制方面有极好的表现。同时，也在癌症的治疗、诊断上展现出了极好的潜能。”常智敏表示。

研发有自主知识产权的“科学仪器”

在团队成员李力的脑海中，他清晰地记得团队申报重大科学仪器设备开发重点专项时的场景：“项目属于国家重点研发计划，在申报阶段，董老师带着我和葛明锋博士，连续三天写材料写到了凌晨3点，反复斟酌和修改，对脑力和体力都是考验。”

今年8月份，董文飞团队申报的“大视场生物成像分析仪项目”成功立项，项目包含8个课题。“四项仪器开发，四项技术应用。”董文飞对记者说。

李力说：“项目首先要确定技术方案，认真研读申报指南后，我们决定采用离轴三反光学系统，攻克大视场高分辨离轴反射式光学系统设计技术、大面阵高分辨探测器和大面积单层细胞推片技术三个关键技术，从而开发出新型大视场高分辨生物成像分析仪。”

对采用的新技术，李力打了个比方：“离轴三反光学系统主要应用在卫星遥感方面，我们要研发的系统是观察微小的稀有细胞，就相当于利用卫星在天上观测地面的技术，来实现用显微镜寻找稀有细胞。这在技术上是相通的，只不过从宏观变到了微观应用。”

在寻找稀有细胞的实验中，荧光标记非常重要，荧光强度高的荧光染料是实现细胞标记的关键。“荧光标记我们以前没做过，自己心里也没底，在申报项目之前，我们做了大量前期试验，测试了十来种荧光染料，最终找到了合适的材料。”

李力表示，目前该材料是商用性质，随着后期项目开展，团队计划自己开发这类强荧光染料。

在董文飞心中，形成具有“自主知识产权、功能健全、质量稳定可靠”的大视场生物成像仪器非常有必要。“目前团队正在有条不紊地开展高次非球面离轴光学成像、大面阵高分辨探测器和大面积单层细胞推片等关键技术的研发工作，特别是大面积单层细胞推片技术，我们计划在今年春节之前形成工程样机。”董文飞表示。

年轻有“拼劲”的团队

董文飞的研究团队2014年成立，短短三年时间，已经拥有13名成员。“虽然我们的团队非常年轻，但大家有冲劲也有拼劲。”董文飞这样评价自己的团队。

自团队成立，就形成了固定的“午餐交流”时刻。常智敏说：“董老师基本中午都和我们一起吃饭，聊科研、聊工作，每周三晚上还会对一周的工作成果进行汇报总结，研读最新的国内外科研成果。”

在常智敏眼中，董文飞是一位“非常热爱科研工作，对科研的态度极其严谨”的老师。在董老师的带动下，整个团队也形成了轻松、严肃的科学氛围。

在研究开发Janus型磁介孔纳米粒子时，由于国内外在该领域的研究很少，能够给团队提供借鉴的理论依据并不多，大家的工作开展也是“摸着石头过河”。在研究过程中，团队成员检索了大量资料，推导很多公式，优化合成反应，最终交出了一份满意的答卷。