運用量子點奈米粒子殺死「超級細菌」

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在2014年,世界衛生組織發布一份報告指出抗生素抗藥性(antimicrobial resistance ,AMR)已對全球健康安全構成威脅,各種「超級細菌」變異過於快速,使傳統藥物無法有效對抗。不過《Nature Materials》期刊發表的一份研究報告對此威脅的應對帶來一線曙光。研究中發現,結構微小的奈米粒子可作為殺死抗藥細菌的毀滅性目標武器,且僅需使用光束即能達成。

抗生素抗藥性發生於微生物逐漸產生防衛機制之時,使治療藥劑逐漸或甚至完全失去療效。特別是過度開抗生素作為治療,還有農場濫用抗生素,使許多人開始擔心我們已進入了後抗生素時代。這不僅代表著曾經能夠治療的感染變得難以療癒,還有可能對生命造成威脅。很幸運地,科羅拉多大學波德分校裡的一個團隊已為我們研發出對抗這些細菌敵人的武器。

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量子點(Quantum dots,QDs)本質上為奈米級的結晶體,比人類毛髮粗細小2萬倍。不同細小的尺寸與結構具有不同的電子傳導特性。

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類型之一:奈米級硫化鎘量子點。 美國能源部。

以特定頻率的輻射加熱這些量子點,這些可變動的結構,根據科學家的設定,可以準確地發散出特定的輻射頻率。改變光源的波長也能達到同樣的效果。在這份研究報告中,研究者決定在實驗室中使用客制的量子點,用以對抗對抗生素具有抗藥性的細菌,包括大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。在暗黑之中,量子點並不活躍。當受可見光刺激時,它們會被激發而變得活躍。

把這些激活的量子點與細菌至於同一溶液之中,有趣的事情發生了!細菌仰賴氧化還原反應機制(“redox” reactions),包括增加或移去氧(減少後氧化)。當激活的量子點在細菌周圍時,這些量子點產生的化學物質會使細菌內的反應化合物減少或氧化。這樣能有效干擾細菌的細胞傳遞,擾亂細胞生長,且能殺死細菌。在實驗室中培養皿的試驗,這個方法已顯示出能殺死92%各種具抗藥性的細菌細胞,孤立其他細胞。

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先前已有以微小石墨烯奈米粒子作為載體,有效運送抗癌藥物的新興化療方法,有些甚至能徹底殲滅癌細胞組織。同樣的,量子點的大小與之大致相同,可以被注射至人類血液中,藉由不同波長的光之激發,用以鎖定特定的感染。

科羅拉多大學波德分校生化工程系的助理教授、身兼此研究的資深作者Prashant Nagpal表示:「當超級細菌不斷變異、適應且對抗治療時,我們能夠迅速地訂製這些量子點作為新的療法,對抗這些進化快速的菌種。」

來源: Iflscience