忍者粒子的工作原理

看起来就像一个无惧的细菌细胞，对吧?转到下一页，看看忍者粒子到达它后是什么样子。

图片由IBM

当研究员杨毅妍听说化学家吉姆·海德里克在IBM从事微电子研究时，她立即找到他，希望与他合作，告诉他他的研究成果可以更好地用于医学。从那时起，他们的合作导致了一组非常有前途的纳米粒子的发展，被称为“忍者粒子”。

人类的免疫系统启发了他们的创作。当一个人生病时，他或她的身体会分泌抗菌肽．这些抗细菌分子寻找微生物，抓住它并杀死它(最后一部分可以通过几种不同的方式发生)。Hedrick和Yang开始在实验室里制造一种能做同样事情的粒子。

他们制造的纳米粒子是由一种特殊的聚合物制成的。聚合物都是超长链状分子。例如，塑料都是聚合物。Hedrick和Yang开发的聚合物纳米粒子有三个部分，使其非常擅长杀死细菌。

有了这三个部分，忍者粒子被证明能有效杀死耐甲氧西林病毒金黄色葡萄球菌(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)大肠杆菌以及某些种类的真菌[来源:杨]。此外，纳米颗粒还可以用于覆盖医疗设备，如导管，这些设备因滋生细菌的生物膜而臭名昭著。这种涂层可以防止细菌在表面形成，减少了植入这些设备的患者感染的机会。

这就是忍者粒子攻击细菌细胞后的样子:爆裂(或裂解)。

图片由IBM

所以忍者粒子是专门针对细菌杀了他们，但怎么杀呢?第一步是在哺乳动物细胞的海洋中找到有害的细菌细胞。这就是“异性相吸”的关键原则。细菌细胞的表面比哺乳动物细胞的表面带更多的负电荷。为了特别地被细菌细胞吸引，忍者粒子必须带相反的电荷——正电荷。它们在表面聚集正电荷的过程叫做自组装．每个粒子都是由很多很多更小的聚合物链组成的。这些聚合物聚集在一起，或自组装，形成小球称为胶束．由于聚合物链的不同部分之间的相互作用，这些胶束在水里自然形成，球的外面包裹着正电荷。瞧，带正电荷的球自然地被带负电荷的微生物吸引。

一旦到达那里，忍者粒子就会附着在细菌细胞上。粒子带正电的部分帮助选择性地找到细菌细胞，同时也作为抗菌剂，在细胞壁上戳洞。这个过程叫做膜溶解它会破坏细胞的结构，导致细胞的内脏开始渗出，没有恢复的希望。事实上，这就是研究人员为他们的粒子取名为“忍者”的原因。在细胞壁上穿孔的杀伤方法类似于细胞被忍者星攻击时可能发生的情况。

这个过程中最好的部分之一是细菌永远不会有机会产生任何抗药性。抗生素通过选择性地破坏细胞机制的某些部分，保持大部分结构特征完整。相比之下，忍者粒子法对细胞的物理破坏非常大，细菌没有机会对忍者粒子产生潜在的抵抗力。Nederberg等人]。

忍者粒子的寿命可以被微调，这样它们就能在杀死自己之前杀死细菌细胞。然而，最终，体内的酶开始降解这些颗粒，它们分解，产生的小颗粒被身体排出体外。亨德里克]。

噬菌体可能是医生对抗细菌感染的另一种治疗选择。

科学图片公司/盖蒂图像

随着向a移动抗生素的世界在美国，科学家们一直在努力寻找不涉及抗生素的替代感染治疗方法。在一种叫做噬菌体它们劫持了细菌的内部机制，使其像气球一样爆裂。对细菌产生的毒素(细菌素)来杀死引起感染的细菌。与忍者粒子最密切相关的进步是治疗阳离子或抗菌肽．这些分子还可以选择性地针对细菌，因为它们表面的电荷具有相反的吸引力。他们杀死细菌细胞的方法是基于破坏细胞间的通讯。波莱尔]。然而，这种疗法一直受到几个问题的困扰:对健康的非细菌细胞有毒性(例如，哺乳动物细胞可能破裂并释放其内容物);短的半衰期在活的有机体内(它们在体内不能持续很长时间)和高昂的制造成本。Nederberg等人]。

忍者粒子解决了许多这样的问题。它们与血液相容，对红细胞几乎没有毒性;足够稳定，在体内保持有效;易于生物降解，而且制造成本低几个数量级。忍者粒子并不是唯一对抗细菌的粒子。世界各地的研究人员已经在开发其他具有抗菌特性的小分子或创造基于纳米颗粒的药物递送方法方面取得了类似的进展[来源:朱和高]。这些粒子加入了以纳米粒子为基础的治疗方法。纳米粒子被用于医学应用，如医学成像(如核磁共振成像)和治疗广泛的疾病，如癌症和糖尿病艾滋病．

忍者粒子有可能对我们的生活产生巨大的影响。它们已被证明具有寻找并杀死耐抗生素细菌的能力，这意味着有一天我们可能会看到它们以注射药物的形式出现。研究人员继续收集这些颗粒的功效和毒性(实际上是没有毒性)的数据。一旦他们完成了测试，制药公司可能会介入进行人体试验，监测这些颗粒如何抵抗体内的细菌感染。

在体外，我们可能会看到忍者粒子被用作消毒剂，阻止生物膜的形成。构成生物膜的细菌非常善于保护自己。市场上的许多喷雾剂很难突破生物膜的保护层来消毒表面。另一方面，忍者颗粒能够在接触时消灭这些生物膜中的细菌，为清洁医疗设备甚至食物制备表面提供了一种很好的方法。

这些纳米颗粒也可能进入我们的个人护理产品，基本上是任何我们不希望细菌积聚的地方。它们可以用来涂在隐形眼镜上，或者作为漱口水、除臭剂和洗涤剂的添加剂。它们甚至可以用于水净化系统。坏细菌无处不在，这些忍者粒子随时准备找到并消灭它们。