导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒直径仅为60–120纳米。
由于体积极其微小,纳米技术正被用于应对这一病毒。
从诊断到治疗和疫苗,纳米技术正在被开发和应用,以帮助遏制疾病的传播。
引发COVID-19大流行的这种改变世界的冠状病毒,据信其大小仅为60纳米至120纳米。它微小到令人难以置信:你可以将400多个这样的病毒颗粒排列在头发丝的宽度之内。事实上,冠状病毒极其微小,普通显微镜无法观察到它们,必须借助更为先进的电子显微镜才能进行研究。面对如此微小、肉眼无法看见的敌人,我们该如何抗击它?
一种解决方案是以小制小。纳米技术是指任何由尺寸介于1纳米至100纳米之间的组件构成或包含此类组件的技术。利用这种微小技术的纳米医学,其应用范围十分广泛,从含有纳米银抗菌颗粒的创可贴,到复杂的诊断设备,无所不包。
纳米技术在对抗病毒方面也有着令人瞩目的记录,早在19世纪80年代末,人们就已利用它来分离和鉴定病毒。近年来,纳米医学已被用于研发流感、寨卡病毒和艾滋病毒的治疗方法。如今,它也加入了抗击SARS-CoV-2新冠病毒的行列。
诊断
如果你被怀疑感染新冠病毒,医护人员会采集你的咽拭子或鼻拭子,并通过逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)进行检测。该方法可检测样本中是否存在冠状病毒的遗传物质。
尽管该检测准确度很高,但出结果可能需要长达三天,且需要只有实验室才具备的高科技设备,同时只能在检测时判断你是否处于活动性感染状态。而抗体检测则可检测你血液中是否存在冠状病毒抗体,无论你在何处接受检测,都能即时出结果。
当人体对抗病毒时,会产生抗体。抗体是一类微小的蛋白质,它们通过识别并结合被称为抗原的病原体化学标记来寻找并消灭入侵者。这意味着,抗体检测不仅能判断你是否感染了冠状病毒,还能判断你之前是否感染过。
抗体检测使用金等材料的纳米颗粒从血液样本中捕获抗体。这些颗粒随后缓慢地沿着一小片纸条移动,并附着在抗原检测线上,而该检测线仅会与冠状病毒抗体结合。这会使检测线显现,从而表明样本中存在抗体。这些检测的准确率超过95%,并可在15分钟内得出结果。
疫苗与治疗
抗击冠状病毒的一个重大转折点将是成功研发出疫苗。疫苗通常含有一种失活形式的病毒,它可以作为抗原,训练免疫系统并使其产生抗体。这样,当免疫系统遇到真正的病毒时,便已做好准备,能够抵抗感染。
但典型的疫苗材料存在一些局限性:它可能在血液中提前分解,且并不总能到达目标位置,从而降低疫苗的效率。一种解决方案是通过被称为包封的工艺,将疫苗材料包裹在纳米外壳之内。
这些外壳由被称为脂质的脂肪制成,直径可薄至5纳米,比蛋壳薄50,000倍。纳米外壳可保护内部的疫苗不被分解,还可以修饰上能够靶向特定细胞的分子,从而使其在递送“货物”时更加有效。
这可以改善老年人对疫苗的免疫反应。更为关键的是,人们通常只需较低剂量的这类包封疫苗即可产生免疫力,这意味着能够更快地生产出足够数量的疫苗,为整个人群接种。
包封技术还可以改善病毒治疗。在重症监护病房中,导致病毒患者死亡的一大主要原因是“急性呼吸窘迫综合征”,它是在免疫系统产生过度反应时发生的。包封疫苗可以靶向人体特定部位,将免疫抑制药物直接递送至目标器官,并有助于调节我们的免疫系统反应。
减少传播
佩戴口罩和勤洗手对于减少COVID-19的传播至关重要,怎么强调都不为过。但典型的口罩可能难以阻挡呼吸道飞沫中穿透力最强的颗粒,而且许多口罩只能使用一次。
由厚度为100纳米的纳米纤维制成、并涂有氧化钛的新型织物,能够捕获小于1,000纳米的飞沫,因此这些飞沫可被阳光中的紫外线(UV)辐射破坏。由此类织物制成的口罩、手套及其他个人防护装备(PPE)还可以清洗后重复使用,并且透气性更好。
另一种重要的纳米材料是石墨烯,它由单层碳原子蜂窝状结构构成,其强度是钢的200倍,但重量却比纸还轻。掺入石墨烯的织物能够捕获病毒并阻止其穿透。含有石墨烯的个人防护装备可能更具抗穿刺、阻燃、抗紫外线和抗微生物的性能,同时重量轻。
石墨烯的用途也不仅限于织物。纳米颗粒可以被放置在公共场所中、可能特别容易促成病毒传播的表面上。
这些技术只是纳米科学助力抗击COVID-19的部分途径。虽然全球大流行没有唯一的答案,但这些微小技术无疑有可能成为解决方案中的重要组成部分。


