來無影去無蹤殺手,黑磷材料能殺細菌又不讓細菌有機會認識它

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 19 日 18:15 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


隨著抗生素濫用,細菌對藥物產生抗性已成為臨床最頭痛的問題之一,恐讓受感染的病患面臨無藥可醫情況。不過最近,科學家發現了一個對付超級細菌非常好用的對象——黑磷,實驗表明這種材料能在短短 2 小時內破壞多達 99% 細菌與真菌,然後 24 小時內自行完全分解,不留半點讓細菌進化的機會。

抗生素青黴素(penicillin,音譯盤尼西林)是 20 世紀最重要的發現之一,這數十年來卻因為殺菌太過方便而遭濫用,結果,原本能被青黴菌殺死的細菌進化了,它們對我們製造的每種抗生素都產生抗藥性,某些沙門氏菌菌株甚至已強大到連科學家祭出的最後手段(粘桿菌素,colistin)都已免疫,據估計到了 2050 年,每 3 秒就可能有 1 人死於抗藥性疾病,屆時全球恐回到醫學黑暗時代。

為了對付超級細菌,科學家們一直在定期開發或尋找新抗生素,但這實際上並沒有解決細菌抗藥性問題。有些研究轉往探討非化學替代品,比如以強光照射殺菌、或是利用在低強度磁場中會變尖銳的磁性液態金屬奈米顆粒來「刺死」細菌,還是靠分子「鑽頭」刺穿細菌細胞壁等純物理攻擊。

最近澳洲墨爾本皇家理工大學(RMIT)團隊提出的新方法也屬於物理攻擊。

黑磷(black phosphorus,BP)是帶有金屬光澤的晶體,在磷同素異形體中為密度最大、熱力學最穩定且性質最不活潑的一種,由白磷在高壓高溫環境下轉化而成。一般常見的二維材料包含石墨烯、過渡金屬二硫化物等,而黑磷具有像石墨的超薄片狀結構與導電性,以同時具備高載子遷移率與能隙等特性而突出,在電子業中正被研究做為可能的矽替代品。

山不轉路轉,路不轉黑磷轉

過去也有人注意到黑磷的抗菌功能,但未仔細琢磨,而黑磷在電子設備中最大的缺點、需靠精密工程技術克服的嚴肅問題——遇到氧氣就自動分解,在醫療應用中卻大有前途。

團隊發現黑磷分解會產生活性氧,從而破壞細菌與真菌外膜導致它們死亡,而黑磷本身會完全分解,不會積聚在人體細胞中造成危害,更不會留下一點痕跡讓細菌有機會進化。

研究人員在實驗中測試了黑磷薄層對 5 種細菌的抵抗力,包括大腸桿菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MASA)、耳念珠菌(Candida auris)等,發現 99% 在 2 小時內細菌就被殺死,而黑磷本身也在 24 小時內完全分解完畢。

▲ 大腸桿菌暴露於黑磷塗層後(右)的變化。

這說明二維材料黑磷非常適合用於傷口敷料或植入物的超薄抗菌塗層,黑磷可以在自身溶解之前迅速殺死任何潛在感染源,最重要的是不會讓微生物有機會變強,研究人員 Aaron Elbourne 說,細菌想對如此霸道的物理攻擊自然發展出新防禦措施,至少也要百萬年時間。雖然我們仍需進一步研究才能讓這種技術應用於臨床,但顯然這是一個對抗超級細菌令人振奮的新工具。

新論文發表在美國化學學會《應用材料與界面》(Applied Materials & Interfaces)期刊。

(圖片來源:墨爾本皇家理工大學

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