文/施奇廷(東海大學應用物理學系系主任)
巨大怪獸來襲!怪獸皮太硬打不穿怎麼辦?當然是拿出大!鑽!子!一下就搞定了。好吧,「怪獸入侵地球」的戲碼,只有在電視電影漫畫中出現,不過人類所遭受的類似的威脅可一點也不比這個小,那就是「病菌入侵人體」。在1928年第一個抗生素──盤尼西林發明後,人類掌握了對抗細菌感染的利器,因傳染病死亡的人數大幅下降,但是也揭開了怪獸(細菌)與抗生素之間漫長的軍備競賽。病菌藉由DNA突變而產生抗藥性,人類又研發下一代的抗生素來對抗具有抗藥性的病菌…
這場軍備競賽還在進行中,細菌靠演化與增殖自動產生抗藥性,但是新抗生素的研發可是要投入不少人力與金錢的。像是「萬古黴素」(Vancomycin,聽名字就覺得很威)通常被稱為「人類的最後一道防線」,用來治療「所有抗生素都無效的嚴重感染」,但是最近也愈來愈多抗萬古黴素病菌出現,「究極抗生素」的光環也逐漸消退中。
現在已經有許多可以抵抗多種抗生素的「超級細菌」演化出來,美國萊斯大學教授指出:「到了2050年,恐怕會有一千萬人會因為感染超級細菌而死,超越癌症成為人類第一死因。」也因為如此,教授也投入了對抗細菌的戰爭中,他的武器就是「分子鑽」(molecular drill)!
細菌跟怪獸一樣,皮太硬就很難打爆,有一種抗藥性的機制是,細菌的細胞膜上面綁了一堆醣分子與蛋白質,讓藥物無法穿透細胞膜進入細胞內部,進而自廢武功。而科學家開發的分子鑽頭,以光激發後可以達到每秒300萬次的超高速旋轉,一舉貫穿細菌的外殼,將藥物送進病菌內部,將之殲滅,不輸給超級機器人的大鑽子!這個研究發表於2019年12月9日的「美國化學學會奈米期刊」。什麼?跟物理無關?細菌抵擋了抗生素的化學作用,但是靠著鑽頭的物理力量,就可以碾壓過去,怎麼會跟物理無關?超有關的好不好!