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Nature子刊:高效灭活各种病毒的一张膜,包括新型冠状病毒
Nature Nanotechnology / 时间:2021-06-08 16:08:44

生物通6月7日讯:病毒不仅可以通过像新型冠状病毒这样的飞沫或气溶胶传播,还可以通过水传播。事实上,一些胃肠道疾病的潜在危险病原体是水传播的病毒。

迄今为止,这种病毒已经被纳滤或反渗透从水中去除,但成本高,对环境影响严重。例如,病毒的纳米过滤器是由石油为基础的原材料制成的,而反渗透则需要相对大量的能量。

现在,一个由苏黎世联邦理工学院食品与软材料教授Raffaele Mezzenga领导的国际研究团队开发了一种新型水过滤膜,它既高效又环保。为了制造它,研究人员使用了天然原料。

这种膜可以消除广泛的水传播病毒,包括非包膜腺病毒、逆转录病毒和肠道病毒。这第三类人可能导致危险的胃肠道感染,每年约有50万人死亡,通常是发展中国家和新兴国家的幼儿。肠道病毒具有极强的韧性和耐酸性,可以在水中停留很长时间,因此,作为一种帮助预防此类感染的方法,过滤膜对贫穷国家尤其具有吸引力。

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此外,该膜还能高效地从水中清除H1N1流感病毒,甚至新型SARS-CoV-2病毒。在过滤后的样本中,两种病毒的浓度均低于检测下限,相当于几乎完全消除了这些病原体。

环保膜研制成功

这种过滤膜的工作原理与Mezzenga和他的同事开发的从水中去除重金属或贵金属的原理相同。他们用变性的乳清蛋白制造细胞膜,这些蛋白组装成被称为淀粉样原纤维的细丝。在这种情况下,研究人员将这种纤维支架与纳米氢氧化铁(Fe-O-HO)结合起来。

薄膜的制造相对简单。为了生产纤维,从牛奶加工中提取的乳清蛋白被加入酸中并加热到90摄氏度。这导致蛋白质延伸并相互连接,形成原纤维。纳米颗粒可以在与原纤维相同的反应容器中产生:研究人员提高pH值并加入铁盐,使混合物“分解”成附着在淀粉样原纤维上的氢氧化铁纳米颗粒。为了实现这一应用,Mezzenga和他的同事使用纤维素来支撑膜。

淀粉样原纤维和氢氧化铁纳米粒子的结合使膜成为水中各种病毒的高效陷阱。带正电的氧化铁静电吸引带负电的病毒并使它们失活。淀粉样原纤维本身无法做到这一点,因为与病毒颗粒一样,它们在中性ph值下也带负电荷。然而,这些原纤维是氧化铁纳米颗粒的理想基质。

各种病毒被高效消灭

“我们知道,新型冠状病毒主要通过飞沫和气溶胶传播,但事实上,即使在这种规模下,病毒也需要被水包围。事实上,我们可以非常有效地从水中去除它,这突出了我们的膜的广泛适用性。”Mezzenga说。

虽然这种膜主要用于污水处理厂或饮用水处理,但它也可以用于空气过滤系统,甚至用于口罩。由于它完全由生态无害的材料组成,它可以在使用后简单地堆肥——而且它的生产需要的能源最少。正如研究人员在他们的研究中指出的那样,这些特性使它具有良好的环境足迹。因为过滤是被动的,它不需要额外的能量,这使得它的运作是碳中和的,并且在从城市到农村社区的任何社会环境中都可能使用。