撰文 / 薛斌（上海海洋大學）
《三體》電視劇中，汪淼教授研發的納米材料「飛刃」削鐵如泥，「審判日」號巨輪駛過時，納米細線將巨輪切割成幾十張薄片，巨輪像一疊紙牌傾倒，令人嘆為觀止。
被切成片的巨輪 圖片來源：《三體》電視劇
實際上，納米材料不僅能切割巨輪，甚至，連細菌都能切。
既古老又年輕的納米材料
納米是長度計量單位，1納米是十億分之一米，1根頭髮的直徑約為6萬納米。
在三維空間裡至少有一個維度處在1~100納米範圍內的材料，或者由這一類材料作為基本單元組裝而成的材料稱之為納米材料，也被叫作超微顆粒材料。
納米材料是一類古老而新型的材料，說它古老是因為人類歷史上很早就在使用納米材料，比如中國古代制墨時，多用松木燒出煙灰作原料，而墨的松煙就是零維的碳納米顆粒；說它新是因為科學家們正在用各種先進的新技術製造納米材料，並且發現了它的許多奇特性質和應用價值。
根據納米材料的形狀特徵，可以把它劃分為零維、一維、二維和三維等四類。
零維納米材料包括量子點、納米球等，金（Au）納米粒子便屬於這個範疇。
一維納米材料包括納米棒、納米管等，典型的例子有碳納米管。
二維納米材料包括納米片，典型的例子是石墨烯。
三維納米材料通常是由以上低維納米材料作為構築單元組裝而成，包括海膽形、花球形等，構成貝殼的碳酸鈣就屬於三維納米材料。
納米抗菌材料大盤點
納米材料由於尺寸極小，產生了許多傳統材料並不具備的物理和化學特性，這些特性賦予了納米材料抗菌的功能。
又由於納米抗菌材料可以同時作用於多個細胞靶點，讓細菌短時間內不會產生顯著的突變，從而降低了細菌獲得耐藥性的機會，體現出了納米抗菌材料的優越性。
那麼納米抗菌材料是怎樣工作的呢？原來，納米抗菌材料有許多鋒利的稜角和邊緣，就像一把把「納米刀」，一旦細菌與之接觸，就會被刺破細胞膜，造成內容物流出，進而被殺死。
自然界中，蟬翼表面就存在納米棒狀陣列結構，這些納米棒就像排列整齊的鋼針一樣，對附著在上邊的細菌有很好的殺滅效果。
納米抗菌材料與細菌接觸後會誘導其細胞產生氧化應激反應，從而使細菌的細胞結構和脂質、蛋白質和DNA等成分被氧化破壞。有些情況下納米抗菌材料也會使細菌細胞內部產生超氧陰離子自由基、羥基自由基、過氧化氫和單線態分子氧等活性氧物種，這些物質的過度累積會造成細菌細胞的凋亡。
當納米材料「闖進」醫療領域
納米材料一方面利用仿生學原理將醫療器械表面進行納米結構圖案化處理，比如仿照鯊魚、海星、壁虎、鯨的皮膚構造製造納米尺寸的凸起、凹坑、柱體、溝槽，以防止細菌在其表面黏附，實現對細菌的被動防禦。
另一方面可以在醫療器械表麵包覆具有殺菌功能的納米材料，實現對細菌的主動殺滅。這兩方面的綜合運用，可以有效提高介入性醫療器械在抗感染方面的安全性。
水凝膠是由聚合物「鏈條」通過物理或化學相互作用交聯而成的極易吸收水分的3維多孔網絡結構材料。具有高水溶脹性、高透氧性、較好的生物相容性、易於負載可控釋藥物等特性。
相信伴隨著科學家對納米材料的深入研究，人類會發現越來越多的新型納米抗菌材料，對納米抗菌材料的特性產生更全面的認識。未來的納米抗菌材料會在創傷癒合、組織及器官移植、食品保鮮等多個領域發揮越來越重要的作用。
本文來自《知識就是力量》雜誌，原標題《當細菌遭遇納米材料》，作者薛斌，有刪改，原創作品轉載請註明來源。