网站首页/新材料/石墨烯资讯/疏水性激光诱导石墨烯在温和条件下高效快速灭活冠状病毒
疏水性激光诱导石墨烯在温和条件下高效快速灭活冠状病毒

▲第一作者:黄丽蓓和辜美佳            

通讯作者:叶汝全,唐本忠,沈超      

通讯单位:香港城市大学,香港科技大学,武汉大学          

论文DOI:10.1002/adfm.202101195                



全文速览



疏水激光诱导石墨HLIG)能有效地通和疏水性的同作用使冠状病毒失活。在较低能量(光或电)使用下,非金属HLIG15分钟能够使97.5% HCoV-OC43和95% HCoV-229E失活多次使用,HLIG的抗病毒性能仍保持定。

背景介绍


A. 新型冠状病毒的危害
由严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)引发的2019年冠状病毒(COVID-19)大流行已在全球范围内造成无数感染病例和死亡,严重阻碍了全球经济的发展。尽管有许多疫苗已经成功研发,但由于有效时间、病毒的潜在突变和疫苗的生产能力等方面存在不确定性,疫情的结束无法单纯地依赖疫苗。病毒传播的主要方式是呼吸道飞沫的传播和身体接触,因此世界卫生组织建议戴口罩和遵循卫生习惯来控制病毒。但目前的口罩不具备抗病毒功能。




B. 传统的抗病毒材料
金属材料、化学药物、高温、和紫外线照射可以灭活病毒,但它们的细胞毒性和对人体的损害不容忽视,相对高昂的价格和对仪器的依赖性进一步限制了它们的日常应用。因此,在疫情肆虐下,开发出能在温和条件下有效快速灭活病毒的廉价材料迫在眉睫。虽然先前的研究表明石墨烯材料在阳光下表现出优异的抗菌性,并提出光热效应引起的高温(如110℃)可能使病毒失活,但没有直接证据表明其具体抗病毒效果。此外,这样的高温在实际情况下可能是不现实的,因为日常室外的太阳辐照度通常较低,很难达到这么高的温度。

研究出发点


本文道了激光诱导石墨LIG)及其复合物SARS-CoV-2替代物的两种人冠状病毒HCoV-OC43和HCoV-229E具有良好的抗病毒活性疏水性LIG(HLIG)即使不添加任何金属添加,也能在较低温度~46℃下,使≥95%HCoV-OC43和HCoV-229E在15分种温度可以通LIG的作用或焦耳加实现银纳米粒子/LIG复合材料(Ag-NPs/LIG)也表出相似的性能,但具有很强的胞毒性。经过多次洗和干燥后,HLIG抗病毒能力依然保持,表明其可重复使用性。具有良好定抗病毒作用的多孔LIG在口罩、空气过滤理等过滤领域有着广用前景。此外,LIG可以与其他材料(如柔性聚合物和建筑材料), 性地施加电压温度提高到~46℃可以使门把手、地面等表面都具有抗病毒作用,可极大减弱病毒的传播力。

图文解析


LIG和HLIG可通过普通二氧化碳激光器直接由木材、纸张、布和聚合物等前驱体直接转化。它是一种快速、绿色的方法,不需要苛刻的条件,如高温、高压、大量的化学品消耗。在LIG上滴适量AgNO3溶液,然后再进行一次激光扫描,可获得Ag NPs/LIG复合材料。拉曼光谱显示石墨烯材料的三个特征峰,G峰,D峰和2D峰。Ag NPs/LIG的XRD图谱显示面心立方银晶体Ag的(111)、(200)、(220)、(311)和(331)晶面。26°处的宽峰可归结为石墨的(002)面,层间间距为3.4埃。在空气中进行激光扫描LIG显示亲水性,而在惰性气氛下LIG表现疏水性。TEM图像显示了LIG为少层石墨烯,球形的Ag-NPs分布均匀,尺寸为几十纳米。

▲图 1. LIG, HLIG and Ag NPs/LIG的表征




我们探讨了LIG的光热效应和焦耳热效应。当暴露在1kw/m2的阳光下时,LIG的温度在10s内飙升至55℃,然后维持在62℃(图2)。对于焦耳加热,7.5V的直流电压可以将10×10 cm2 LIG加热到50℃。46℃的温度足以使病毒失活(详见下文),这个温度只需将LIG暴露在~0.5 kW/m2的阳光下或施加直流电(~20 mW/cm2)即可实现,如日常室外的阳光照射或2-3节AAA电池供电。

▲图2. LIG的光热效应和焦耳热效应

三种不同类型的LIG和医用口罩的熔喷布材料(MBF)对HCoV-OC43和HCoV-229E两种冠状病毒的抗病毒性能显示出明显的差异。阴性对照(NC)和阳性对照(PC)分别为纯细胞组和细胞+病毒组。图3显示,在没有阳光照射的情况下,LIG、HLIG和Ag NPs/LIG对HCoV-OC43的抗病毒效果分别为2.4%、4.7%、18%和19%、64.3%、51.4%。有光照时, LIG、HLIG、Ag-NPs/LIG对HCoV-oc43对的抑制率分别为58.3%、97.5%和85.7%,对HCoV-229E的抑制率分别为98%、95%和75.67%。这些结果表明HLIG具有非凡的抗病毒能力。所有LIG样品的表面温度均为~46℃,且在整个试验过程中病毒液保持湿润。
实际应用中,因为没有水层的反射,LIG的温度会更高。此外,SARS-CoV-2由于其特有的外膜脂质,HLIG的疏水性可能增强了石墨烯表面与病毒外膜之间的相互作用,从而更有效削弱病毒活性。通过免疫荧光分析进一步评估MRC-5细胞中HCoV-OC43的表达水平(图3c)。与PC相比,LIG和HLIG中几乎看不到感染细胞。Ag-NPs/LIG组对MRC-5细胞具有较强的细胞毒性。经Ag-NPs/LIG处理后,MRC-5细胞的形态发生显著变化:细胞变得稍圆,空泡、颗粒和细胞间隙增加(图4)。通过CCK-8详细地评估细胞毒性发现,Ag-NPs/LIG组24h后细胞存活率降至52.42%,LIG组和HLIG组均保持≥90%(图5)。与LIG和HLG相比,Ag-NPs/LIG在无阳光照射的情况下具有相似的抗病毒能力,但其细胞毒性和高成本使其难以广泛应用。TCID50法检测病毒滴度的结果表明,在没有阳光的情况下,所有LIG都具有较弱的抗病毒能力。暴露在阳光下时,HLIG组的HCoV-OC43和HCoV-229E病毒滴度分别降低66%和86%,表明HLIG可以有效地减少冠状病毒的感染和传播。

▲图3. LIG, HLIG, Ag NPs/LIG and MBF的抗病毒效果


未完待续


纳孚服务
  • 化学试剂
  • 提供稀有化学试剂现货

  • 化学试剂定制合成服务
  • 上海纳孚生物科技有限公司提供市场稀缺的化学试剂定制服务

  • 新材料现货
  • 上海纳孚生物科技有限公司代理或自产包含石墨烯产品,类石墨烯产品、碳纳米管、无机纳米材料以及一些高分子聚合物材料

  • 结构设计及定制合成
  • 可以根据客户需求对所需化合物结构进行设计改性,从而定制合成出客户所需分子式结构

  • 联系我们
  • 021-58952328
  • 13125124762
  • info@chemhui.com
  • 关注我们
在线客服
live chat