新冠病毒（COVID-19）疫情發(fā)生以來，我國及時啟動了重大公共衛(wèi)生事件一級響應衛(wèi)生應急預案，指導公眾和特定人群做好個人防護的同時，嚴格規(guī)范特定場所的消毒，通過切斷新型冠狀病毒的傳播途徑，從而降低交叉感染的發(fā)生率。根據(jù)其傳播途徑，最直接有效的個人防護措施依然是佩戴口罩，口罩也成為常態(tài)化防護工具；消毒作為公共衛(wèi)生疫情防控的重要措施，各大公共場所，甚至家庭，對消毒劑的需求急劇增長。

四川大學郭俊凌教授團隊聯(lián)合哈佛大學張興才研究員團隊、湖北疾病預防控制中心蔡昆教授團隊，利用植物提取物（植物多酚）開發(fā)一種低成本、安全可靠、環(huán)境友好、操作簡單以及對新冠病毒具有消殺能力的噴霧劑。通過簡單噴涂于任何物體表面，如公共場所高頻接觸部位（辦公室桌面、水龍頭、電梯按鈕、門把手等），便可實現(xiàn)殺菌消毒效果，而且接觸人體不會產生毒副作用。此外，該噴霧被簡單噴涂于任何口罩基材（市售一次性防護口罩、N95口罩、家用棉布、家用聚酯纖維布等）表面時，在基材微納米纖維表面形成致密均的納米涂層，使口罩對吸附的有害細菌和病毒進行有效地抑制和滅活。最重要的是由于該納米涂層可以通過簡單的清洗而分解，同時除去口罩表面滅活細菌和病毒等污染物。二次使用噴霧后，可再次構建植物多酚基納米涂層，實現(xiàn)口罩的循環(huán)使用，增加口罩使用壽命，減少使用頻次，降低環(huán)境污染。相關研究成果發(fā)表于環(huán)境領域頂級期刊Journal of Hazardous Materials，題為“Imparting reusable and SARS-CoV-2 inhibition properties to standard masks through metal-organic nanocoatings”，第一作者為王曉玲副研究員（專職科研）。四川大學郭俊凌教授、哈佛大學張興才教授、湖北省疾病預防控制中心蔡昆教授為該論文的共同通訊作者。該技術的研發(fā)和技術轉化獲得了成都市委組織部蓉漂計劃與成都高新區(qū)科技局產業(yè)教授項目的支持。

圖1. 植物多酚基復合物的抗SARS-CoV-2病毒性能

植物多酚作為植物最重要的次級代謝產物之一，其不僅可以抵御食草動物對植物的損害，同時還可以阻止微生物的侵襲，包括提高對各種致病菌的耐受力和保護受傷部位。植物多酚結構中含有大量的鄰苯二酚基團或者聯(lián)苯三酚基團，該基團使其自身具有特殊的物理化學性質，例如可與金屬離子（元素周期表中過渡金屬、主族金屬、以及稀土元素）發(fā)生絡合作用，而且能夠與蛋白質以氫鍵和疏水鍵結合等。基于此，該研究工作以植物多酚為核心材料，利用其與金屬離子的動態(tài)結合特性，制備消殺噴霧劑，實現(xiàn)對病毒細菌的協(xié)同消殺。SARS-CoV-2病毒斑塊實驗和細胞病變效應實驗表明，由于植物多酚基納米涂層釋放的多酚和銅離子（Cu2+）的協(xié)同效應，即天然多酚可以抑制病毒蛋白的表達，銅離子可以產生ROS破壞病毒RNA等，因此該噴霧劑能有效抑制SARS-CoV-2病毒對Vero-E6細胞的感染，尤其對高濃度（105 PFU mL–1）的SARS-CoV-2病毒仍然表現(xiàn)出強抑制能力（圖1）。

圖2. 植物多酚功能化防護口罩的抗菌抗病毒、重復使用機理，以及市售防護口罩的防護機理及其環(huán)境污染

將該噴霧應用在醫(yī)用防護口罩及家用織物表面時（圖2），植物多酚基噴霧會在纖維表面形成納米涂層。這種納米涂層可以起到屏蔽作用，以捕獲和滅活氣流/氣溶膠攜帶的病毒和細菌。此外，使用口罩后，在溫和的酸性條件下（如噴灑低濃度的醋酸溶液），該植物多酚基納米涂層可以被清洗掉，同時去除捕獲的病毒和細菌。最重要是的，清洗回收的口罩可以通過再次構建植物多酚基納米涂層進行再生，以重新獲得抗病毒、抗菌和過濾氣溶膠顆粒特性。所以，該植物多酚功能化口罩避免了現(xiàn)有醫(yī)用口罩使用過程中由于表面殘留有活病毒和細菌帶來的二次感染風險。

圖3. 植物多酚功能化口罩對含有模擬病毒納米顆粒的氣溶膠的過濾性能以及重復使用性能

呼吸道顆粒物，包括氣溶膠顆粒物和較大的液滴，是病毒的主要攜帶者。因此，進一步研究利用尺寸為100 nm的熒光聚苯乙烯（PS）納米顆粒來模擬空氣傳播病毒的大小和形狀，考察植物多酚功能化口罩對攜帶病毒的氣溶膠顆粒的過濾能力（圖3）。結果表明，過濾過程中，植物多酚功能化口罩的親水外表面會讓氣溶膠顆粒滲入纖維，由于植物多酚的多重相互作用力，包裹的病毒模擬物PS顆粒可以被捕獲并粘附在口罩的外纖維表面。此外，在清洗和去除植物多酚基納米涂層后，口罩外表面也沒有病毒模擬物PS顆粒殘留，呈現(xiàn)光滑表面。而且經過重新構建植物多酚基納米涂層后，口罩仍然對氣溶膠顆粒具有強過濾性能。

圖4. 植物多酚功能化口罩的抗菌性能及再生后的抗菌性能

將抗菌性能賦予標準口罩可以為預防由細菌引起的呼吸道疾病和常見細菌性皮膚感染提供必要的防護措施。植物多酚功能化口罩的抗菌性能測試結果表明，植物多酚功能化口罩對大腸桿菌（E. coli）具有強殺滅能力，抑制率高達99%（圖4）。此外，在用弱酸溶液清洗后，植物多酚功能化口罩的納米涂層會分解，同時附著的細菌碎片隨之被去除。而且，經過重新構建植物多酚基納米涂層后，功能化口罩依然對大腸桿菌表現(xiàn)出強的抑制能力。

圖5. 植物多酚功能化口罩對PMs顆粒的過濾性能

環(huán)境顆粒物（PMs）與多種健康風險有關，能夠對人類呼吸系統(tǒng)構成威脅。實驗結果表明，由于植物多酚基納米涂層能夠與各種基材產生多重相互作用，包括氫鍵、靜電相互作用、疏水鍵或陽離子-π相互作用等。所以，植物多酚功能化口罩可通過多重相互作用力捕獲PMs顆粒，實現(xiàn)對PMs顆粒的過濾防護性能（圖5）。經過清洗后，植物多酚功能化口罩表面粘附的PMs顆粒可被清除，而且重新構建的植物多酚基納米涂層不影響口罩的正常使用。

該工作融合生物質化學、材料學、生物醫(yī)學等多學科知識和技術，從生物質高值資源化利用角度出發(fā)，圍繞植物多酚生物質資源，研究開發(fā)具有綠色化學屬性、可持續(xù)化的新型生物質基消殺噴霧，同時嘗試解決對呼吸道傳染病的預防問題。同濟大學李巖教授也參與了部分工作。該項目獲得了國家自然科學基金委、國家“雙一流”重點學科建設經費、制革清潔技術國家工程研究中心、高分子材料工程國家重點實驗室、國家博士后基金、四川省博士后研發(fā)基金等的支持。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389422002291