光学纳米材料用作抗癌和抗菌剂

Cristian Strassert 0 2020-05-27

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光疗性药物材料具有巨大的治疗潜力。利用纳米技术可以制备具有针对性的细胞毒性和选择标记能力的多功能结构。两者结合则开拓了例如可以对抗多重耐药细菌的全新可能性。

一个纳米是1mm的百万分之一，比人的头发丝还细一千倍。纳米光学是最重要的未来学科之一，借助于纳米光学知识可以改变材料的原子结构。因为它将带来电信、医疗诊断或照明技术领域的革新。举两个例子：有机的发光二极管由纳米薄层构成，可用电活化，且可达百分之百的发光效率，甚至可以在柔性基体上使用且无热损失。如果纳米粒子具有可降解性，那么可以用它们来对病变组织进行识别、标记与治疗。

在医药领域，光疗药物为癌症治疗或感染性疾病提供了有效的解决手段，而借助于纳米技术可以制备能够针对细胞毒性和标记方法的多功能结构。这些结构必须同时具备牢固、表征充分、可工业规模化生产的特点。结合光疗有效药物与有特殊功能的纳米结构，应对全新的具有多重耐药性的细菌也不无可能。

三重属性在一种纳米粒子中的融合

细菌对抗生素持续增强的耐药性，如今已对医疗工作者构成一大挑战。在与耐药细菌作战时，医生们通常没有有效手段，而导致无法根治这些病菌所引起的感染。因此，在“纳米技术中心”(CENTECH)所进行的的科研工作中，Cristian A. Strassert 和Rodrigo Q. Albuquerque与其他同事一起，开发了一种能杀死如上所述耐抗生素细菌的纳米材料。这个科研项目是联邦科研部在其确立的“科研在德国-创见之邦“的口号下，在国际“医疗技术课题攻关”的范畴内，作为“纳米技术中心”和威斯特伐利亚·威廉-明斯特大学为首的生物纳米医学技术网的几个示范项目之一，对国际科研机构进行的展现。这里首次显示了赋予纳米粒子三重功能的可能性：将纳米粒子有目的地定位到细菌上，将其标识出来并最终将其杀死。

图1.这种多功能混合型的纳米材料，能与细菌结合，同时将其莹光标识并最后利用“光动力疗法”的原理将其杀死。

研究人员使用的起始原料是所谓的L-沸石-纳米级晶体(Zeolith-L-Nanokrokristalle)。这些纳米颗粒通过一种简单、经济的方法载上一种化学成分，附着到细菌的表面。另外，这些颗粒上还载有染料分子，它在荧光显微镜下发绿光而将细菌显现。纳米粒子的生效建立在“光动力疗法”的基础上，当光照射时，会发生一种反应，从而将细菌杀死。为此研究人员将第三种物质固定在微米级晶体上，它们会被红光激活并产生某种活性氧分子。这些氧分子即“单线态氧”，启动一个连锁反应，该反应将破坏细菌细胞。

一种技术-多种应用

掌握了有关染料分子在晶体表面行为的基本信息后，具有更好的水溶性及可降解性的纳米材料也在开发之中。下一步要弄清楚的是它们的结构特性与对抗革兰氏阴性和革兰氏阳性菌的效率之间的关系，从而有助于针对目标进行优化。

这种方法不仅限于医药方面的应用：进一步开发纳米材料, 使其对太阳光照也有反应;将这些纳米材料涂到一个透光的蓄水器，比如太阳能集热器，将饮用水导入蓄水器，使其在光照下消毒。

此技术具有潜在的社会经济效益，因为它将帮助地球上许多基础设施较弱的地区改善饮用水供应的质量，只借助阳光而无需使用贵重的化学药剂，就可去除水中的有害细菌。

纳米光学的潜力

光疗有效药物为治疗癌症或感染性疾病提供了有效手段，而纳米技术可以制备具有针对性细胞毒性和标记方法的多功能结构。这两种技术的巧妙结合开拓了全新的治疗方案并有多种应用前景。明斯特的研究人员现已首次证明，纳米粒子可以做到：有目的地定位于细菌上，同时将其莹光标识并最后利用“光动力疗法”的原理将其杀死。

内容来源：德国威斯特伐利亚·威廉-明斯特大学

责任编辑：展源

审　　核：何发