緬因大學(xué)和馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究人員設(shè)計了新的液體涂層空氣過濾器，可以更好地早期檢測和分析空氣中的細菌和病毒，包括導(dǎo)致COVID-19的細菌和病毒。

雖然傳統(tǒng)的空氣過濾器有助于控制疾病在醫(yī)院和交通樞紐等公共場所的傳播，但它們很難讓捕捉到的病原體存活下來進行測試。這種效率低下會抑制科學(xué)家早期識別生物威脅的能力，從而阻礙任何應(yīng)對和保護措施。

由UMaine生物醫(yī)學(xué)工程副教授Caitlin Howell領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊開發(fā)了一種帶有液體層的復(fù)合膜，用于過濾，更適合捕捉存活的細菌和病毒樣本進行分析。豬籠草有一個光滑的邊緣和內(nèi)壁，可以讓昆蟲掉下來，困在它的消化液中。研究人員模仿豬籠草的膜，通過保持捕獲的細菌和病毒可用于檢查，他們的新型液體涂層空氣過濾器可以加強空氣采樣工作，早期病原體檢測和國家安全的生物監(jiān)測。

研究人員開發(fā)了多種含有液體涂層膜技術(shù)的過濾器，并測試了它們保存和釋放大腸桿菌、SARS-COV-2、以及攻擊中樞神經(jīng)系統(tǒng)的JC多瘤病毒的能力。他們特別發(fā)現(xiàn)，與沒有液體涂層的過濾器相比，有液體涂層的高效微?？諝膺^濾器(HEPA)捕獲了更多空氣中的病原體。研究小組在《ACS Applied Materials & Interfaces》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

“在大流行的早期階段，我們實時觀察到有多少問題是由沒有人知道空氣傳播的病毒在哪里和不在哪里引起的。我們有一個可以開始解決這一需求的系統(tǒng)，所以我們有責(zé)任站出來提供幫助，”Howell說。

“我認為，對于我們的病人和我們作為護理人員來說，這項技術(shù)將給我們信心，讓我們在進行護理時更安全，”東區(qū)緊急醫(yī)療研究所的醫(yī)學(xué)主任Robert Bowie博士說。“知道我們已經(jīng)改善了環(huán)境安全，這讓我們更容易離開我們所愛的人，去工作照顧別人?！?/p>

該項目是橫跨生物醫(yī)學(xué)工程、化學(xué)工程和微生物學(xué)領(lǐng)域的重大跨學(xué)科努力。UMaine生物醫(yī)學(xué)工程團隊包括第一作者和Susan J. Hunter總統(tǒng)獎得主Daniel Regan，生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究生院工程(GSBSE)博士生Chun Ki Fong和前碩士生Justin Hardcastle。由副教授Melissa Maginnis領(lǐng)導(dǎo)的微生物學(xué)團隊包括分子和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)博士生Avery Bond，以及當(dāng)時大學(xué)廢水分析實驗室助理Claudia Desjardins。麻省大學(xué)阿默斯特分校的化學(xué)工程團隊由Jessica Schiffman教授和博士生Hung Shao-Hsiang組成。

Regan于2019年3月首次向他的論文委員會提出了液體涂層空氣過濾器的最初概念，以捕獲含有細菌的氣溶膠，這是基于與軍事研究人員的對話，以及對醫(yī)療后送過程中檢測潛在污染的擔(dān)憂。他還在2020年UMaine學(xué)生研討會上發(fā)表了題為“優(yōu)化液體門控膜用于生物氣溶膠捕獲和釋放”的演講，該演講為他贏得了Susan J. Hunter博士總統(tǒng)研究影響?yīng)劇?/p>

Howell、Maginnis、Schiffman和Holmes意識到這也適用于COVID-19大流行早期的含病毒氣溶膠，并申請了美國國家科學(xué)基金會的資助，這一概念得到了進一步發(fā)展和完善。2020年，該項目獲得了22.5萬美元的NSF EAGER獎，這是一項早期概念贈款，用于支持“未經(jīng)測試但可能具有變革性的研究想法或方法”。

Regan說:“COVID-19不斷提醒人們，生物監(jiān)測能力為決策者提供了重要作用，可以為減少生物風(fēng)險提供詳細信息。僅在去年一年，世界就經(jīng)歷了后果嚴重的病原體，包括猴痘的爆發(fā)、蘇丹埃博拉病毒的死灰復(fù)燃以及呼吸道合胞病毒感染(RSV)的大量病例。對病原體早期預(yù)警的需求非常大，我們希望對液體涂層空氣過濾器的進一步投資可以幫助提高氣溶膠檢測的生物監(jiān)測能力。”

Daniel P. Regan, ChunKi Fong, Avery C. S. Bond, Claudia Desjardins, Justin Hardcastle, Shao-Hsiang Hung, Andrew P. Holmes, Jessica D. Schiffman, Melissa S. Maginnis, Caitlin Howell. Improved Recovery of Captured Airborne Bacteria and Viruses with Liquid-Coated Air Filters. ACS Applied Materials & Interfaces, 2022; 14 (45): 50543