图:梁湛辉教授领导的协作研究团队,研发出能有效降解污染物及去除细菌的多功能纳米机械人。
化学污染物对公共卫生构成严重威胁。香港浸会大学领导的协作研究团队,研发出一款配备银和金两种金属纳米棒的多功能纳米机械人,能有效降解污染物及去除细菌,并可透过磁场控制其移动。研究团队认为该发明在抗菌处理、污水管理及生物医学领域具有广泛的应用潜力。\大公报记者 陈剑
化学污染物、致病细菌及生物膜(聚合于黏性物质的微生物群落)对公共卫生的影响不容忽视,科学家研发了各种具备催化和抗菌特性的纳米平台。然而,开发可透过远端控制,精确地锁定目标并移动的纳米机械人,从而提高处理方案的效能和灵活性,仍是一项挑战。
伙多所内地高校研发
浸大化学系副教授梁湛辉与中国科学技术大学、合肥工业大学和安徽医科大学第一附属医院东城院区的科学家合作,设计及制造出一个具有分解有机污染物的能力和抗菌特性,并可去除生物膜的多功能纳米机械人。
该多功能纳米机械人拥有空心球形结构,由氧化铁组成的核心,让它能够透过磁场控制,按照既定的路径移动;由银和金两种金属纳米棒组成的中间层,使其可作为催化剂,促进降解有机污染物的化学反应,并抑制细菌的生长或破坏其功能。该机械人并拥有由聚多巴胺制成的表层,具备生物相容性的材料,能保护和稳定内部结构;而阔大内腔及微孔结构,使其可利用作为药物载体。
为测试纳米机械人降解污染物的效能,研究团队制作出模拟微型污水池,纳米机械人在磁场的驱动下,准确地移至其中两个池室,并停留一分钟。其后进行的测试显示,池室内的“4-硝基苯酚”(工业和农业活动产生的有机污染物)和“亚甲蓝”(工业污水中的有机染料)的水平均显著下降。
抗菌能力方面,团队透过装载光敏剂“锌酞菁”的纳米机械人进行测试,了解配合银和金两种物质,在各种条件下对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的抗菌效果。这些条件包括以磁场控制纳米机械人的移动,以及施加近红外线激光及氙气灯等光源。当磁场、近红外线及氙气灯三者并用,载有锌酞菁的纳米机械人可抑制高达99.9%的细菌繁殖。
多个领域应用 潜力巨大
由磁场驱动载有锌酞菁的纳米机械人,还能有效去除细菌生物膜。研究人员把纳米机械人放进长有生物膜的实验皿及U型管,并施加磁场及光源照射,纳米机械人能有效破坏并去除生物膜。当磁场、近红外线激光及氙气灯三者并用,其效果最为显著,同时录得最低的细菌存活率。
梁湛辉表示,研究团队开发的多功能纳米机械人,具有精准的催化能力、高度抗菌特性,并能有效移除生物膜。“它的移动能够以磁场引导,令降解污染物和抗菌活动可以在受控的情况下精准和有效地进行,在污水处理、生物医学以及其他领域均具有庞大的应用潜力。”