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

近日，中科院蘇州醫(yī)工所董文飛團(tuán)隊(duì)改良了一種磁介孔納米粒子，應(yīng)用到抑菌材料上，就能讓革蘭氏陰性大腸桿菌和革蘭氏陽(yáng)性金黃色葡萄球菌“無(wú)處遁形”。

納米粒子“顯神通”

在健康醫(yī)療、化妝品和食品領(lǐng)域，消費(fèi)者越來(lái)越關(guān)注細(xì)菌感染和細(xì)菌污染問(wèn)題。雖然檢測(cè)手段不斷發(fā)展，消毒技術(shù)也得到長(zhǎng)足進(jìn)步，但病原性細(xì)菌的精確測(cè)量和有效清除仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

蘇州醫(yī)工所戰(zhàn)略規(guī)劃處處長(zhǎng)、檢驗(yàn)室常務(wù)副主任董文飛對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者說(shuō)：“目前科學(xué)界都在通過(guò)改善多功能平臺(tái)，尋求獲得較高細(xì)菌捕獲效率的方法，同時(shí)進(jìn)行細(xì)菌檢測(cè)和清除。”

據(jù)董文飛介紹，傳統(tǒng)的磁介孔二氧化硅納米粒子是核殼結(jié)構(gòu)，納米粒子磁性差，比表面積小，載藥能力弱，在實(shí)際應(yīng)用方面受到了嚴(yán)重制約。2019年，董文飛通過(guò)一鍋法合成出了Janus型磁介孔二氧化硅納米粒子。

團(tuán)隊(duì)成員常智敏解釋道：“一鍋法就是一步反應(yīng)，將反應(yīng)原料一起投入到反應(yīng)容器中，一步得到產(chǎn)物。這種合成方法操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短，且以純水作為反應(yīng)溶劑，更加安全環(huán)保，為工業(yè)化生成提供了便利�！�

而團(tuán)隊(duì)最新改良的磁介孔納米粒子（JanusMSNs），由具有各向異性的CTAB擔(dān)載氨基修飾。常智敏說(shuō)：“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(yáng)性金黃色葡萄球菌。同時(shí)，納米粒子表面帶有正電荷，細(xì)菌表面帶有負(fù)電荷，通過(guò)靜電作用，可以實(shí)現(xiàn)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌捕獲及分離目的�！�

傳統(tǒng)的裸磁性納米顆粒由于殺菌藥物負(fù)載容量有限制，細(xì)菌捕獲效率低，應(yīng)用范圍受限。而磁性納米平臺(tái)具有杰出細(xì)菌捕獲、分離和清除性能，這些多功能平臺(tái)可能會(huì)極大促進(jìn)臨床診斷、環(huán)境檢測(cè)和食品安全領(lǐng)域的發(fā)展。

“實(shí)驗(yàn)證明，我們開發(fā)的Janus型磁介孔二氧化硅納米粒子在細(xì)菌的結(jié)合捕獲分離、抑制方面有極好的表現(xiàn)。同時(shí)，也在癌癥的治療、診斷上展現(xiàn)出了極好的潛能。”常智敏表示。

研發(fā)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“科學(xué)儀器”

在團(tuán)隊(duì)成員李力的腦海中，他清晰地記得團(tuán)隊(duì)申報(bào)重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)重點(diǎn)專項(xiàng)時(shí)的場(chǎng)景：“項(xiàng)目屬于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，在申報(bào)階段，董老師帶著我和葛明鋒博士，連續(xù)三天寫材料寫到了凌晨3點(diǎn)，反復(fù)斟酌和修改，對(duì)腦力和體力都是考驗(yàn)�！�

今年8月份，董文飛團(tuán)隊(duì)申報(bào)的“大視場(chǎng)生物成像分析儀項(xiàng)目”成功立項(xiàng)，項(xiàng)目包含8個(gè)課題。“四項(xiàng)儀器開發(fā)，四項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用。”董文飛對(duì)記者說(shuō)。

李力說(shuō)：“項(xiàng)目首先要確定技術(shù)方案，認(rèn)真研讀申報(bào)指南后，我們決定采用離軸三反光學(xué)系統(tǒng)，攻克大視場(chǎng)高分辨離軸反射式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、大面陣高分辨探測(cè)器和大面積單層細(xì)胞推片技術(shù)三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，從而開發(fā)出新型大視場(chǎng)高分辨生物成像分析儀。”

對(duì)采用的新技術(shù)，李力打了個(gè)比方：“離軸三反光學(xué)系統(tǒng)主要應(yīng)用在衛(wèi)星遙感方面，我們要研發(fā)的系統(tǒng)是觀察微小的稀有細(xì)胞，就相當(dāng)于利用衛(wèi)星在天上觀測(cè)地面的技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)用顯微鏡尋找稀有細(xì)胞。這在技術(shù)上是相通的，只不過(guò)從宏觀變到了微觀應(yīng)用�！�

在尋找稀有細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，熒光標(biāo)記非常重要，熒光強(qiáng)度高的熒光染料是實(shí)現(xiàn)細(xì)胞標(biāo)記的關(guān)鍵�！盁晒鈽�(biāo)記我們以前沒做過(guò)，自己心里也沒底，在申報(bào)項(xiàng)目之前，我們做了大量前期試驗(yàn)，測(cè)試了十來(lái)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(zhì)，隨著后期項(xiàng)目開展，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃自己開發(fā)這類強(qiáng)熒光染料。

在董文飛心中，形成具有“自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、功能健全、質(zhì)量穩(wěn)定可靠”的大視場(chǎng)生物成像儀器非常有必要�！澳壳皥F(tuán)隊(duì)正在有條不紊地開展高次非球面離軸光學(xué)成像、大面陣高分辨探測(cè)器和大面積單層細(xì)胞推片等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作，特別是大面積單層細(xì)胞推片技術(shù)，我們計(jì)劃在今年春節(jié)之前形成工程樣機(jī)�！倍�文飛表示。

年輕有“拼勁”的團(tuán)隊(duì)

董文飛的研究團(tuán)隊(duì)2019年成立，短短三年時(shí)間，已經(jīng)擁有13名成員�！半m然我們的團(tuán)隊(duì)非常年輕，但大家有沖勁也有拼勁�！倍�文飛這樣評(píng)價(jià)自己的團(tuán)隊(duì)。

自團(tuán)隊(duì)成立，就形成了固定的“午餐交流”時(shí)刻。常智敏說(shuō)：“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(huì)對(duì)一周的工作成果進(jìn)行匯報(bào)總結(jié)，研讀最新的國(guó)內(nèi)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(duì)科研的態(tài)度極其嚴(yán)謹(jǐn)”的老師。在董老師的帶動(dòng)下，整個(gè)團(tuán)隊(duì)也形成了輕松、嚴(yán)肅的科學(xué)氛圍。

在研究開發(fā)Janus型磁介孔納米粒子時(shí)，由于國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究很少，能夠給團(tuán)隊(duì)提供借鑒的理論依據(jù)并不多，大家的工作開展也是“摸著石頭過(guò)河”。在研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)成員檢索了大量資料，推導(dǎo)很多公式，優(yōu)化合成反應(yīng)，最終交出了一份滿意的答卷。

據(jù)董文飛介紹，團(tuán)隊(duì)未來(lái)會(huì)繼續(xù)在細(xì)菌及細(xì)胞的特異性識(shí)別和捕獲研究中加大投入力度，開發(fā)多種類的功能性納米材料，擴(kuò)大現(xiàn)有納米材料的應(yīng)用范圍，“我們將重點(diǎn)研發(fā)診治一體化納米粒子、稀有細(xì)胞富集和檢測(cè)技術(shù)和大視場(chǎng)生物成像分析技術(shù)。”

作為團(tuán)隊(duì)骨干成員之一，常智敏也對(duì)即將開展的研究充滿信心：“我們會(huì)關(guān)注納米粒子在癌癥、白血病領(lǐng)域的應(yīng)用。例如稀有細(xì)胞富集和檢測(cè)技術(shù)，可以檢測(cè)到循環(huán)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，有效檢測(cè)癌癥復(fù)發(fā)的情況�！�

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》(2019-09-18第6版院所)