危及生命的细菌对抗生素的抵抗力越来越强，这使得寻找抗生素替代品成为日益紧迫的挑战。对于某些应用，一种替代方案可能是一种特殊类型的激光器。圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员发现，发射超短脉冲光的激光可以杀死耐多药细菌和耐寒细菌孢子。该研究结果可在《生物光子学杂志》在线获得，开启了使用此类激光摧毁其他方式难以杀死的细菌的可能性。研究人员此前已经证明，此类激光不会损害人体细胞，因此可以设想使用激光对伤口进行消毒或对血液制品进行消毒。

“超短脉冲激光技术独特地灭活病原体，同时保护人类蛋白质和细胞，”第一作者、华盛顿大学马林克罗特放射学研究所 (MIR) 放射学讲师 Shaw-Wei (David) Tsen 博士说. “想象一下，如果在闭合手术伤口之前，我们可以扫描整个部位的激光束，进一步降低感染的机会。我可以看到这项技术很快将用于体外生物制品的消毒，甚至治疗血液感染通过让患者接受透析并将血液通过激光治疗设备来实现未来。”

Tsen 和资深作者 Samuel Achilefu 博士、Michel M. Ter-Pogossian 放射学教授兼 MIR 生物光子学研究中心主任多年来一直在探索超短脉冲激光器的杀菌特性。他们已经证明，这种激光可以在不伤害人体细胞的情况下灭活病毒和普通细菌。在这项与亚利桑那州立大学微生物学教授雪莱海德尔博士合作进行的新研究中，他们将探索范围扩展到了抗生素抗性细菌和细菌孢子。

研究人员对导致皮肤、肺和其他器官感染的耐多药金黄色葡萄球菌 (MRSA) 和导致尿路感染、腹泻的超广谱产 β-内酰胺酶大肠杆菌 (E.coli) 进行了激光训练和伤口感染。除了它们共同的使人们痛苦的能力之外，MRSA 和大肠杆菌是非常不同的细菌类型，代表了细菌界的两个遥远分支。研究人员还研究了蜡样芽孢杆菌的孢子，这种细菌会导致食物中毒和食物变质。芽孢杆菌孢子可以经得起煮沸和烹饪。

在所有情况下，激光杀死了 99.9% 以上的目标生物，将它们的数量减少了 1000 多倍。

病毒和细菌含有密集的蛋白质结构，可以被超短脉冲激光激发。激光通过使这些蛋白质结构振动直到它们的一些分子键断裂来杀死。断头很快重新连接到他们能找到的任何东西上，在许多情况下，这不是他们以前所连接的。结果是蛋白质内部和之间的错误链接混乱，这种混乱导致微生物中的正常蛋白质功能停止。

“我们之前发表了一篇论文，其中表明激光功率很重要，”Tsen 说。“在一定的激光功率下，我们正在灭活病毒。随着功率的增加，您开始灭活细菌。但它需要比这更高的功率，我们说的是数量级，才能开始杀死人体细胞。所以有是一个治疗窗口，我们可以在其中调整激光参数，这样我们就可以在不影响人体细胞的情况下杀死病原体。”

热、辐射和化学品(如漂白剂)可有效消毒物体，但大多数对人或生物制品的破坏性太大。通过在不损害细胞的情况下灭活各种细菌和病毒，超短脉冲激光可以提供一种使血液制品和其他生物制品更安全的新方法。

“任何来自人类或动物来源的东西都可能被病原体污染，”Tsen 说。“在将血液制品输给患者之前，我们会对其进行筛查。问题在于我们必须知道我们在筛查什么。如果出现一种新的血源性病毒，就像 70 年代和 80 年代的 HIV 那样，它可能会感染在我们知道之前进入血液供应。超短脉冲激光可能是确保我们的血液供应中没有已知和未知病原体的一种方法。”