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哈佛大学陈曾熙公共卫生学院(Harvard T.H. Chan School of Public Health)的纳米安全研究人员开发了一种新的干预手段,通过更有效地对我们周围的空气、食物、手和任何其他携带致病微生物的地方进行消毒,来抗击传染病。来自该学院纳米技术和纳米毒物学中心的研究人员由该中心主任、气溶胶物理学副教授Philip Demokritou和该中心博士后研究员、第一作者黄润泽领导。他们利用中心开发的纳米技术平台,在任何需要的地方制造并输送微小的雾化水,而非含有无毒的、受自然启发的消毒剂的水滴。Demokritou在接受《公报》采访时谈到了这项发明及其在手部卫生方面的应用。

Q&

菲利普Demokritou

宪报:给我们一个快速的概述,你试图解决的问题。

DEMOKRITOU:如果你回到60年代,许多抗生素的发明,我们以为传染病这一章就结束了。当然,60年后,我们现在知道这不是真的。传染病仍在不断出现。微生物比我们想象的更聪明,并不断进化出新的菌种。这是一场持续的战斗。当我说到传染病时,我主要说的是空气传播和食源性疾病:例如,流感和肺结核是空气传播的疾病,呼吸系统疾病,每年导致数百万人死亡。食源性疾病每年还造成50万人死亡,并使我国经济损失数十亿美元。

公报:腹泻病也是儿童的一大杀手。

DEMOKRITOU:这是一个大问题,尤其是在医疗体系支离破碎的发展中国家。

宪报:我们洗手的方式有什么问题吗?

DEMOKRITOU:我们一直听说你要洗手。这是减少传染病的主要措施。最近,我们也在使用防腐剂。酒精是可以的,但我们也使用其他化学物质,如三氯生和氯己定。有研究将这些化学物质与抗菌素耐药性的增加以及其他缺陷联系起来。此外,有些人对频繁的清洗和化学物质的摩擦很敏感。这就是新方法发挥作用的地方。因此,在过去的四五年里,我们一直在努力开发基于纳米技术的干预手段来对抗传染病。

GAZETTE:所以这里涉及的技术——水纳米结构工程——已经有几年的历史了。有什么新的应用程序?

DEMOKRITOU:我们有制造这些工程纳米材料的工具,在这种情况下,我们可以把水转化成工程纳米水珠,它携带着致命的有效载荷,主要是无毒的、受大自然启发的抗菌剂,并杀死表面和空气中的微生物。

这很简单,你需要12伏的直流电,我们把它与电喷雾和离子化相结合,把水变成纳米气溶胶,这些纳米结构悬浮在空气中。这些水纳米颗粒具有独特的性质,因为它们体积小,而且还含有活性氧。这些是羟基自由基,过氧化物,类似于自然界用来杀死病原体的物质。根据设计,这些纳米颗粒还带有电荷,增加了表面能量,减少了蒸发。这意味着这些经过改造的纳米结构可以在空气中悬浮数小时。当电荷消散时,它们变成水蒸气并消失。

最近,我们开始使用这些结构作为载体,现在我们可以将受大自然启发的抗菌素加入到它们的化学结构中。它们对人体没有毒性。例如,我在希腊的祖母曾经用柠檬汁——柠檬酸给她的皮肤消毒。或者,在牛奶中——也在眼泪中——发现另一种强效抗菌物质——溶菌酶。Nisin是另一种受自然启发的抗菌药物,细菌在与其他细菌竞争时会释放这种物质。大自然为我们提供了大量的无毒抗菌素,如果我们能找到一种有针对性的、精确的方式来提供这些抗菌素,我们就能做到这一点。没有必要发明新的和潜在的有毒化学物质。让我们去大自然的药房和商店。

当我们把这些受自然启发的抗菌素放入工程水纳米结构中,它们的抗菌素效力会显著提高。但我们不需要使用大量的抗菌素,大约1%或2%的体积。大多数工程水纳米结构仍然是水。

在这一点上,这些工程结构携带着抗菌素并被充电,我们可以利用电荷通过施加一个弱电场将它们引导到表面。你也可以把它们释放到空气中——它们是高度可移动的——它们可以四处移动并灭活流感病毒,例如。

宪报:这将如何与食物?

DEMOKRITOU:这个纳米平台也可以作为食品安全应用的干预技术。说到给食物消毒,我们仍在使用50年代发展起来的陈旧方法。例如,今天我们把新鲜的农产品放入含氯的溶液中,会留下危害健康的残留物。它会留下有毒的副产品,你必须找到处理它们的方法。

取而代之的是,你可以使用含有纳克活性成分的水纳米气溶胶来消毒我们的食物。目前,这项新奇的发明正被探索用于从农场到叉-提高食品安全和质量。

GAZETTE:所以当你在食物上使用纳米颗粒时,你会把纳米颗粒喷在生菜上吗?

DEMOKRITOU:这取决于应用程序。你可以把这项技术放在冰箱里,它可以杀死食物表面和空气中的微生物,提高食物的安全性。它还能延长与腐败微生物有关的保质期。你也可以用这种技术来消毒空气。你只需要12伏的直流电源,你可以从你的电脑USB接口供电。想象一下,你坐在火车上,你制造了一个隐形的水纳米结构的盾牌,保护你并将患流感的风险降到最低。

宪报:如果你和一群病人在火车上?

DEMOKRITOU:没错,或者在飞机上,任何有微生物的地方。大多数飞机都是循环空气的,只要有一个病人——他不必坐在你旁边——就会生病。不幸的是,这是个大问题。新型飞机需要过滤以去除一些病原体。但这是一种多功能的技术,你可以随身携带。

宪报:让我们谈谈手卫生。

DEMOKRITOU:我们知道手部卫生非常重要,但除了用水或使用化学药品洗手的缺点之外,浴室环境中常用的空气干燥器还会使微生物雾化,重新回到空气中,甚至回到手上。因此,利用这些工程水纳米结构,开发一种无空气、无水的替代品是有空间的——因为它使用的是皮克水平的水,你的手永远不会湿。

宪报:所以你在用水洗手。但它们不会湿吗?

DEMOKRITOU:没错。它可以在15-20秒内消毒双手,就像我们最近发表的研究中指出的那样。

宪报:就应用而言,你有没有看到类似于我们在高速公路休息站使用的手动驾驶的东西?只是,当你把手伸进去的时候,它不会爆炸?你有什么感觉吗?

你没有任何感觉。这就是问题所在;这就像魔法一样。你没有看到;你不感觉;你不闻;但是你的手已经消毒了。

宪报:那人们怎么知道发生了什么事?作为人类,我们需要某种刺激。

DEMOKRITOU:我们可以用灯光和音乐来娱乐人们,但是没有人能看到一个25纳米的粒子。我们很高兴地看到,工业界有兴趣追求这项手部卫生技术的商业化。我们可能很快就会有一种无空气、无水的设备,可以全面使用,但不一定是在浴室环境中。这可以是一个电池驱动的设备,可以放置在机场和其他人们没有时间或没有水洗手的地方。

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