美军事研究报道新型液体涂层空气过滤器有助于捕获空气中病原体

缅因大学和马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员设计了新的液体涂层空气过滤器，可以更好地早期检测和分析空气中的细菌和病毒，包括导致COVID-19的细菌和病毒。

虽然传统的空气过滤器有助于控制疾病在医院和交通枢纽等公共场所的传播，但它们很难让捕捉到的病原体存活下来进行测试。这种效率低下会抑制科学家早期识别生物威胁的能力，从而阻碍任何应对和保护措施。

由UMaine生物医学工程副教授Caitlin Howell领导的研究团队开发了一种带有液体层的复合膜，用于过滤，更适合捕捉存活的细菌和病毒样本进行分析。猪笼草有一个光滑的边缘和内壁，可以让昆虫掉下来，困在它的消化液中。研究人员模仿猪笼草的膜，通过保持捕获的细菌和病毒可用于检查，他们的新型液体涂层空气过滤器可以加强空气采样工作，早期病原体检测和国家安全的生物监测。

研究人员开发了多种含有液体涂层膜技术的过滤器，并测试了它们保存和释放大肠杆菌、SARS-COV-2、以及攻击中枢神经系统的JC多瘤病毒的能力。他们特别发现，与没有液体涂层的过滤器相比，有液体涂层的高效微粒空气过滤器(HEPA)捕获了更多空气中的病原体。研究小组在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志上发表了他们的发现。

“在大流行的早期阶段，我们实时观察到有多少问题是由没有人知道空气传播的病毒在哪里和不在哪里引起的。我们有一个可以开始解决这一需求的系统，所以我们有责任站出来提供帮助，”Howell说。

“我认为，对于我们的病人和我们作为护理人员来说，这项技术将给我们信心，让我们在进行护理时更安全，”东区紧急医疗研究所的医学主任Robert Bowie博士说。“知道我们已经改善了环境安全，这让我们更容易离开我们所爱的人，去工作照顾别人。”

该项目是横跨生物医学工程、化学工程和微生物学领域的重大跨学科努力。UMaine生物医学工程团队包括第一作者和Susan J. Hunter总统奖得主Daniel Regan，生物医学科学研究生院工程(GSBSE)博士生Chun Ki Fong和前硕士生Justin Hardcastle。由副教授Melissa Maginnis领导的微生物学团队包括分子和生物医学科学博士生Avery Bond，以及当时大学废水分析实验室助理Claudia Desjardins。麻省大学阿默斯特分校的化学工程团队由Jessica Schiffman教授和博士生Hung Shao-Hsiang组成。

Regan于2019年3月首次向他的论文委员会提出了液体涂层空气过滤器的最初概念，以捕获含有细菌的气溶胶，这是基于与军事研究人员的对话，以及对医疗后送过程中检测潜在污染的担忧。他还在2020年UMaine学生研讨会上发表了题为“优化液体门控膜用于生物气溶胶捕获和释放”的演讲，该演讲为他赢得了Susan J. Hunter博士总统研究影响奖。

Howell、Maginnis、Schiffman和Holmes意识到这也适用于COVID-19大流行早期的含病毒气溶胶，并申请了美国国家科学基金会的资助，这一概念得到了进一步发展和完善。2020年，该项目获得了22.5万美元的NSF EAGER奖，这是一项早期概念赠款，用于支持“未经测试但可能具有变革性的研究想法或方法”。

Regan说:“COVID-19不断提醒人们，生物监测能力为决策者提供了重要作用，可以为减少生物风险提供详细信息。仅在去年一年，世界就经历了后果严重的病原体，包括猴痘的爆发、苏丹埃博拉病毒的死灰复燃以及呼吸道合胞病毒感染(RSV)的大量病例。对病原体早期预警的需求非常大，我们希望对液体涂层空气过滤器的进一步投资可以帮助提高气溶胶检测的生物监测能力。”

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