抗击病毒，材料科学家能做些什么？

来源：中国科学杂志社

2019年12月以来，湖北省武汉市发现多起病毒性肺炎病例，后在全国范围内迅速传播，并扩散至全球二十多个国家。经公共卫生、临床医学、病毒学专家研究分析，本次病毒性肺炎病例的病原体被判定为新型冠状病毒，后被世界卫生组织命名为“2019 Novel Coronavirus（2019-nCoV）”。

2019-nCoV病毒模型（图片来源：维基百科）

截至2020年2月3日24时，全球共发现新型冠状病毒确诊病例20623例，死亡427例。其中，中国境内（含港澳台地区）确诊病例20471例，死亡426例（武汉市确诊病例6384例，死亡313例）1。

此次在武汉发现的新型冠状病毒属于“冠状病毒”这个大家族。在此之前，已知某些冠状病毒曾引起中东呼吸综合征（MERS）和严重急性呼吸综合征（SARS）等较严重传染性疾病的流行。人感染冠状病毒后的常见症状有发热、咳嗽、气促和呼吸困难等。在较严重病例中，感染可导致病毒性肺炎、急性呼吸窘迫综合征、多器官衰竭，甚至死亡。

冠状病毒主要通过咳嗽或打喷嚏时的飞沫传播。鉴于这种传播方式，大多数病例与密切接触其他感染者有关。目前对于新型冠状病毒所致疾病没有特异治疗方法，也没有可用疫苗，因此，控制感染源、切断传播途径是预防和阻断其扩散传播的主要手段。

当前，全国各地多家医疗机构、数万名医学专家和医务工作者正全面投入疫情防控工作。那么，材料科学科研人员能为抗击病毒做些什么呢？由于病毒本身的结构特点，抗病毒材料比抗菌材料的研制面临更多的困难，因此文献中也鲜有报道。但是，抗病毒材料是一个很值得研究的课题，笔者在此提出几个可能值得进行探索的方向。

（1）新型口罩材料的开发

医学实践证明，口罩是有效阻隔病毒传播必不可少的装备。据专家建议，医用防护口罩（如N95口罩）和一次性医用外科口罩均可有效隔离病毒，而海绵口罩和普通棉布口罩，因为孔隙太大，无法有效阻隔病毒的侵入。病毒性传染病的突发，使医用防护口罩变得异常紧缺。因此新型抗病毒口罩材料的研究具有广阔前景。如何提高口罩阻隔病毒的效率，是一个值得研究的课题。而如果能够开发一种可以杀死病毒的口罩，则可以进一步增强口罩的功能性和安全性。该技术还可能实现口罩的反复利用，节约消耗，降低成本。先进的制备工艺（如静电纺丝）、纳米技术（如纳米抗病毒剂、纳米纤维）的引入等，是开发新型口罩材料的可选方案。

（2）抗病毒材料表面的设计

疫情面前，医用防护器具也成为急需物资。如果能通过合成技术或表面改性赋予材料一种抗病毒的性能，一旦有病毒附着于器具表面，便将其快速杀灭而消灭其传染性，该技术则可用于医疗设备和医用物资的表面处理和防护，如医用手套、护目镜、防护服、防护面具等。比如具有抗病毒性能的纤维材料，通过普通的制作工艺即可制备医用防护器具，这样可以使生产过程更简单、成本更低，在设备紧缺时实现快速补给，为对抗疫情争取宝贵时间。而且由于材料本身的杀毒能力，使用后的废弃器具无需特殊的消毒处理，可进一步节约使用成本，降低病毒扩散风险。

（3）抗病毒药物和疫苗的药物载体材料

纳米药物载体，包括脂质体、纳米粒子、凝胶等，在医药领域已被广泛应用，虽然目前主要用于抗肿瘤药物，但在抗病毒药物和疫苗辅剂方面也有其用武之地。常用的抗病毒药物如利巴韦林、奥司他韦、干扰素等，通常是核苷类、氨酸类或蛋白分子（网传的抗新型冠状病毒特效药Remdesivir也是一种核苷酸类似物），副作用较多。与纳米粒子以特定方式结合，抗病毒药物的安全性和疗效有可能得到改善，尤其在减少不良反应方面，其原理是借助纳米药物载体降低给药瞬时血药浓度，延长药物作用时间、减少给药剂量和次数等优点。作为疫苗辅剂，纳米粒子能够使蛋白抗原的表面充分暴露，使抗原结构更稳定，增强免疫反应。而用作口服制剂时，纳米粒子有助于避免抗原被胃蛋白酶和胃酸分解，使其充分发挥作用。纳米药物载体材料还是一个新兴研究领域，但是由于候选材料及其结构的多样性，特定材料纳米药物载体的生物相容性/毒性、药代动力学、药效动力学等，都需要较长周期的实验研究，包括细胞试验、动物试验以及临床试验。

（4）可降解眼用膜剂

眼用膜剂是聚合物和药物制成的无菌药膜，可置于结膜囊内缓慢释放药物，目前已有商业化产品。将抗病毒药物与成膜材料结合，通过合理设计材料的机械性能（机械强度、柔韧性等）和降解速率，可以满足特定的临床需求，如不能佩戴防护眼镜的场合，对人体起到保护作用。

以上是笔者根据现有经验和社会需求所做的一些展望，有些只是设想，而且考虑到技术可行性和成本问题，有的未必具有实用价值。由于知识水平有限，笔者并未就此充分展开讨论，但毋庸置疑的是，在材料科学领域一定有很多有助于人类抗击病毒和相关传染性疾病的工作有待开展。但求在此抛砖引玉，期待材料科学家们能够充分发挥自己特长，广泛调研和讨论，并与临床医护工作者密切合作，设计和开发出更多有价值的可用材料，为抗击病毒出一份力。 

如有错误之处，敬请批评指正。如果您有新的建议和观点，不妨在文后公开留言讨论，以供相关科研人员参考。

1. 数据来源：http://www.nhc.gov.cn/xcs/yqfkdt/202002/bfebf84fb88248e4a4eba61295e5882b.shtml

[作者：王贵林博士，副编审，《中国科学：材料科学（英文版）》编辑]