新材料利用纳米尖刺中和 96% 的病毒细胞

这片“光滑”的硅晶圆实际上覆盖着微小的、能杀死病毒的针状物。
Microscopic image of virus cell impaled on silicon wafer needles
病毒细胞在纳米尖峰硅表面,放大 65,000 倍。1 小时后,它已经开始泄漏物质。 RMIT

澳大利亚皇家墨尔本理工大学 (RMIT) 的研究人员将蛮力与高科技制造相结合,为医院、实验室和其他潜在敏感环境创造了一种新的硅材料。尽管它对人类来说看起来和感觉都像一面平坦的黑镜,但薄薄的表层实际上却是一种多刺的、能消灭 病原体 的陷阱。

正如最近在《ACS Nano》杂志上详细介绍的,这个跨学科团队花了两年多的时间开发这种新颖的材料,它对人手来说是光滑的。然而,在微观层面,硅表面覆盖着“纳米尖峰”,这些尖峰非常小且锋利,足以刺穿单个细胞。在实验室测试中,96% 的 hPIV-3 病毒细胞 在接触到该材料的微小针状物后,要么破裂,要么损坏严重到无法复制并引起通常的肺炎、喉炎和支气管炎等感染。在没有任何外部援助的情况下,这些消灭水平可以在六小时内实现。

A virus cell on the nano spiked silicon surface, magnified 65,000 times. After 6 hours it has been completely destroyed.
病毒细胞在纳米尖峰硅表面,放大 65,000 倍。6 小时后,它已被完全摧毁。图片来源: RMIT

有趣的是,灵感并非来自吸血鬼猎人,而是来自昆虫。在设计这种尖锐的硅之前,研究人员研究了蝉和蜻蜓翅膀的结构组成,它们经过进化,拥有类似的尖锐纳米结构,能够刺穿真菌孢子和细菌细胞。然而,病毒比细菌还要微小得多,这意味着有效的尖峰需要相应地更小。

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为了制造这种能杀死病毒的表面,设计者们使用墨尔本纳米制造中心的专用设备,对硅晶圆进行离子轰击。在此过程中,该团队将离子引导至晶圆的特定区域进行剥离,从而产生了无数个厚度为 2 纳米、高度为 290 纳米的尖塔。作为参考,单个尖峰的厚度大约是人类头发的 30,000 倍。

研究人员认为,他们的新型硅材料有一天可以应用于经常存在病原体的场所中常见接触的表面。

“在实验室或医疗保健设施等高风险环境中实施这项尖端技术,那里的生物危害物质暴露是一个令人担忧的问题,可以大大加强对传染病的遏制措施,”该研究的第一作者兼博士研究员 Samson Mah 周三表示。“通过这样做,我们的目标是为研究人员、医护人员和患者创造更安全的环境。”

通过依靠该材料简单的机械方法来有效清洁空间(即像烤肉串一样刺穿病毒细胞),设计者认为化学消毒剂的使用量也可以减少——这是一个日益严峻的问题,因为社会正在应对越来越具弹性的“超级细菌”的持续崛起。

 

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