Name: 评估涂层过滤器和预过滤器对气溶胶化Phi6病毒感染性和浓度的影响 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2026-05-29T13:45:00.000+00:00
Duration: 9 min 32 s
Description: 了解铜银涂层空气过滤器对气溶胶化Phi6病毒的抗病毒效果，评估其在室内空气净化中的灭活与过滤性能。该研究为改进空气过滤技术提供实验依据。

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感谢 Sari Korhonen 提供出色的技术支持。感谢 Pavlina Gregorova 在 qRT-PCR 实验方案方面提供的建议。我们深切感谢已故的 Dennis H. Bamford 教授在设计实验腔室装置过程中所给予的宝贵指导以及在整个实验期间提供的各项支持。感谢 A.-P. Hyvärinen 博士在搭建气溶胶测试腔室过程中提供的协助。谨此感谢赫尔辛基大学 Instruct-HiLIFE Biocomplex 单位（Instruct-ERIC 芬兰中心、FINStruct 和 Biocenter Finland 的成员）所提供的设施与专业技术支持。本研究由芬兰研究理事会资助，项目编号为 COVID 专项资助 335681，以及授予 N.S.A. 的资助 368144。同时感谢芬兰研究理事会对 ACCC 旗舰项目的资助（资助编号 337552）。我们声明，本实验的最终完成得到了 Clean Touch Medical LTD、M-Filter LTD 和 UniqAir LTD 的资金支持，但上述公司在实验设计、实施、结果报告以及论文撰写过程中均未参与或发挥作用。

病毒、菌株、培养基及感染性病毒计数 
噬菌体Phi6最初由Anne K. Vidaver博士提供给研究小组40，使用Pseudomonas syringae pv. phaseolicola HB10Y作为宿主细菌进行扩增。宿主菌在Luria–Bertani（LB）培养基中于22 °C下培养。Phi6的琼脂保存株由冷冻材料通过连续稀释制备，方法依据Bamford等（1995）41的实验方案，用于表面存活率检测和病毒纯化。
Phi6 的纯化与浓缩操作按照 Bamford 等人（1995）建立的方案进行41。将所得悬液用含有 1 mM 氯化镁（MgCl₂）的 20 mM 磷酸钾（K₃PO₄）缓冲液稀释，调节 pH 至 7.2，最终滴度为每毫升 5 × 1010–1011 个空斑形成单位（PFU/mL）。该制备好的悬液随后用于气溶胶生成实验。
采用标准的双层琼脂覆盖空斑实验对具有感染性的病毒颗粒进行计数，该方法针对噬菌体Phi6进行了优化42。简言之，首先在LB培养基中对每种病毒样本或对照样本进行系列稀释，然后向每种稀释液100 µL中加入200 µL宿主细菌悬液和3 mL软琼脂。将软琼脂混合物覆盖于LB琼脂平板上，平板在22 °C下过夜培养。随后计数空斑，并按以下公式计算每毫升噬菌斑形成单位（PFU/mL）的数量：（空斑数 × 稀释倍数）/ 接种体积。
qRT-PCR 分析 
定量反转录实时聚合酶链式反应（qRT-PCR）的样品制备遵循 Gregorova 等（2022）43 的实验方案。使用每 5 µL 含 102 至 109 个分子的 10 倍系列稀释液生成 P2 和 P8 RNA 的标准曲线。每个稀释样本均与实验样本进行相同处理，包括加入氯仿、涡旋振荡、在 22 °C 下以 10000 × g 离心 1 分钟，以及扩增循环（循环和引物信息见补充表 1和补充表 2）。阴性对照通过以 5 µL 超纯水替代 RNA 模板制备。qRT-PCR 数据使用专用设计与分析软件进行分析（见材料表）。
气溶胶室装置设置 
参考先前描述的系统31，开发了一种定制的、可高压灭菌的气溶胶室，用于病毒气溶胶化和滤材测试。实验用气溶胶室由圆柱形玻璃主体、匹配的盖子、内部金属支架以及确保气密密封的绝缘垫圈组成（参见材料表和补充图1）。
整体研究设置（包括腔室）如图1所示。为确保病毒气溶胶输入的稳定性和可重复性，采用雾化器与空气泵联用（见材料表）。
在腔室内，雾化器产生8 L/min的气溶胶气流。其中约四分之三的气流通过HEPA过滤器排入排气系统，其余四分之一（2 L/min）进入腔室。这种分流设计旨在延长测量过程中降低湿度。气溶胶通过一个金属漏斗引入腔室，该漏斗将气流导向滤膜或前置滤膜表面。
气溶胶实验在生物安全柜内进行。气流经过腔室后，进入干燥器进行除湿，以保护高效过滤器和流量计免受过多湿气影响。外部泵进一步辅助气流，使系统内产生负压，确保气体通过出口高效排出。
<img alt="HEPA过滤示意图，病毒气溶胶装置；雾化器、泵、流量计；空气净化研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/70877/70877fig1.jpg" data-altupdatedat="1787025648000" data-alt="图1"> 
图1： 实验气溶胶室及样品采集示意图。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/70877/70877fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
研究设计 
本研究评估了表1、补充表3和补充表4中所列的涂层以及滤材/预过滤材料的抗病毒性能（另见材料表）。研究分为两个阶段进行：表面测试和气溶胶室中的预过滤材料测试。
在表面测试中，所有涂层材料首先在平板测试样品上进行评估，以确定其抗病毒活性。涂覆的测试样品由Clean Touch Medical LTD提供（表1和材料表）。所有涂层均基于将铜和/或银活性成分嵌入专有基质中；不同配方之间的差异主要涉及金属成分、浓度以及与表面的相容性（例如，平面表面与多孔滤膜）（补充表3）。
气溶胶室中的预过滤器测试：在可选的涂层中，研究期间仅能将基于铜和银的VS-B涂层应用于预过滤器。因此，使用VS-B处理的预过滤器在气溶胶室中进行了检测，以评估其在气溶胶暴露条件下的抗病毒性能。研究中使用的所有过滤器和预过滤器的照片见补充图2。
抗病毒效果通过两种互补的方法进行定量：噬斑实验用于测定感染性病毒颗粒的数量（参见“病毒、菌株、培养基和感染性病毒计数”部分），以及定量PCR（qPCR）用于测定病毒基因组拷贝数（参见“qRT-PCR分析”部分）。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td rowspan="2">过滤器和预过滤器</td>
			<td rowspan="2">滤材提供方</td>
			<td>涂层</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>（所有涂层均由 Clean Touch Medical 提供）</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>聚酯预过滤器 FMR-5，未涂层（FMR-5）</td>
			<td rowspan="5">M-filter LTD</td>
			<td rowspan="7">实验性铜基表面处理剂 A6（A6） 
			实验性铜基表面处理剂 B4（B4） 
			含铜和银的表面处理剂 Viral Safe（VS） 
			含铜和银的表面处理剂 Viral Safe B（VS B）</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>聚酯预过滤器 FMR-5，涂有 VS B（FMR-5 VS B）</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>聚酯预过滤器 S-11，未涂层（S-11）</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>聚酯预过滤器 S-11，涂有 VS B（S-11 VS B）</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>双层玻璃纤维滤膜 GF-2，未涂层（HEPA 型滤膜）（GF-2）</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bulpren 预过滤器 BP-6，6 mm，未涂层（BP-6）</td>
			<td rowspan="2">Clean Touch Medical LTD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bulpren 预过滤器 BP-6，6 mm，涂有 VS B（BP-6 VS B）</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：本研究中使用的滤光片和表面涂层。
抗病毒表面涂层的效率 
开发了一种表面存活性检测方法，用于评估不同涂层材料上病毒传染性的持续时间。简言之，将20 µL的Phi6储备液（参见“病毒、菌株、培养基及感染性病毒计数”部分）滴加到涂覆的测试样品表面，并使用无菌玻璃涂布棒均匀涂布于2 cm × 2 cm的区域。样品在生物安全柜中22 °C条件下孵育1分钟、5分钟、1小时或3小时。
通过向表面加入180 µL新鲜LB肉汤，并反复吹打洗脱，回收病毒。以塑料培养皿作为对照表面。所有实验均在22 °C下进行。采用空斑实验对具有感染性的病毒颗粒数量进行定量41。
抗病毒涂层 VS-B 对滤膜/预滤膜过滤效率的影响 
病毒采集和滤膜效率检测采用撞击法，使用含有 20 mM HEPES 缓冲液（pH 7.2）的培养皿，或使用全玻璃旋流撞击采样器（下文简称“撞击采样器”；见材料表）44。在撞击采样过程中，将培养皿直接置于滤膜下方，以最大化颗粒物的沉积（图 1）。在对已使用 3 个月的 GF‑2 滤膜进行实验时，采用撞击采样器替代培养皿，以提高检测灵敏度。撞击采样器是一种带有三个喷嘴的玻璃装置，需连接外部泵将空气抽入液体中。气流通过喷嘴时，在容器内壁形成旋流，使收集液产生涡旋运动，从而温和地捕获颗粒物。在此配置下，通过滤膜的气流保持在 2 L/min，当气流离开腔室后，额外的阀门将总进气量增加至 10 L/min。气溶胶被收集于 5 mL 的 20 mM HEPES 缓冲液（pH 7.2）中，每 30 分钟补充一次因蒸发损失的缓冲液。在撞击采样器实验中，移除了培养皿和用于气流均化的 bulpren 预滤膜（补充图 1 和 补充图 2B）。
详细的采样方案见表2。通过从含有20 mL 20 mM HEPES缓冲液（pH 7.2）的培养皿中回收1 mL悬浮液来收集病毒气溶胶。其中800 µL用于qRT‑PCR分析，200 µL用于病毒滴定。每个滤膜或预滤膜均进行三次重复检测，并在每次腔室实验前后进行15分钟不安装滤膜/预滤膜的对照运行。在预实验对照结束后，将待测滤膜或预滤膜插入腔室，运行3小时，随后取出滤膜/预滤膜，并进行实验后对照运行。qRT‑PCR和病毒滴定样本每30分钟采集一次，每次实验共获得八个qRT‑PCR样本和八个滴定样本。在冲击式采样器实验中，滴定样本仅在3小时运行结束时采集一次。每个qRT‑PCR样本均在液氮中快速冷冻，并在-80 °C保存以待后续使用，而病毒滴定样本则在实验结束后立即采用噬斑法进行处理。雾化器中使用的病毒溶液在每次实验前后均进行滴定，以监测其稳定性。
三种不同的预过滤器 BP-6、S-11 和 FMR-5，以及 GF-2 过滤器（表1 和 补充图2、补充表4）均涂覆了 VS-B。预过滤器由结构密度不同的合成纤维材料制成，主要用于粗颗粒物的去除和气流稳定；而 GF-2 过滤器是一种具有 HEPA 级性能的高效玻璃纤维过滤器。未涂覆涂层的预过滤器以及无过滤器的设置也在气溶胶室中进行了对比测试。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td>时间点</td>
			<td>设置</td>
			<td>样本</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>对照</td>
			<td>0-15 分钟</td>
			<td>无滤膜/预滤膜，含 20 mL HEPES 的培养皿</td>
			<td rowspan="8">200 μl 用于滴定，800 μL 冻存用于 qRT-PCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="6">实验</td>
			<td>0-30 分钟</td>
			<td>待测滤膜/预滤膜，新培养皿含 20 mL HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30-60 分钟</td>
			<td>待测滤膜/预滤膜，同一培养皿含 19 mL HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60-90 分钟</td>
			<td>待测滤膜/预滤膜，同一培养皿含 18 mL HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>90-120 分钟</td>
			<td>待测滤膜/预滤膜，同一培养皿含 17 mL HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>120-150 分钟</td>
			<td>待测滤膜/预滤膜，同一培养皿含 16 mL HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>150-180 分钟</td>
			<td>待测滤膜/预滤膜，同一培养皿含 15 mL HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>对照</td>
			<td>0-15 分钟</td>
			<td>无滤膜/预滤膜，新培养皿含 20 mL HEPES</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表2：样本采集时间表。
抗病毒涂层VS对使用后滤材的效果 
通过检测使用3个月后的HEPA型GF-2滤材对病毒的过滤效率（基于感染性病毒数量和病毒基因组拷贝数），评估了铜-银表面抗病毒剂Viral Safe（VS）涂层抗病毒效果的耐久性。实验中使用了四台空气净化器（见材料表），每台均配备HEPA滤网和活性炭层。这些滤材在收集和分析前已在两家餐厅连续运行3个月：一家为高档餐厅，另一家为工厂员工食堂（详见补充图3和补充图4）。将这些使用过的滤材性能与未使用、未涂层的洁净GF-2滤材进行比较。
在进行腔室测试之前，需在层流罩内将使用过的滤膜从空气净化器的金属框架上取下，展开并裁剪成适合气溶胶腔室的大小，以确保生物安全并尽量减少交叉污染。随后，从高档餐厅和员工食堂收集的GF‑2滤膜在“研究设计”部分所述的实验装置中进行测试，采用改良的5 mL冲击式采样器收集气溶胶。
除了抗病毒效率外，还评估了滤膜的物理表面特性。通过在裁剪好的滤膜条上施加50 µL的菜籽油液滴来评估亲脂性，而疏水性则通过施加50 µL的去离子水液滴进行测定。接触角的测量按照Xiao和Wiesner（2012）的方法进行摄影记录45。根据Lichner等（2006）所述的方法，采用水滴渗透时间（WDPT）测定来量化防水性能，所有测得值均超过7200 s46。
统计分析 
使用标准化的统计软件（参见材料表）对不同测试涂层材料和滤膜之间观察到的差异显著性进行统计分析。所有实验的统计分析分为两个步骤进行：Kruskal-Wallis H 检验和 Games-Howell 事后检验。采用 Kruskal-Wallis H 检验评估是否存在显著差异，样本类型之间的具体差异则通过 Games-Howell 事后检验进行多重均值比较来确定。
通过比较1分钟和5分钟时感染性病毒浓度相对于初始浓度的下降程度，对包被效率进行了统计学分析。由于旨在将包被材料应用于滤膜，我们重点考察了在测试最初几分钟内，病毒活性相对于对照组是否存在统计学上的显著差异。
针对每个时间点（30 分钟、60 分钟、90 分钟、120 分钟、150 分钟和 180 分钟）分别进行统计分析，以确定涂层前后预过滤器在感染性计数和 qPCR 结果方面的效率差异是否具有显著性。随后，数据按预过滤器类型以及预过滤器表面是否存在涂层进行分组。类似地，通过对数据按位置及滤膜表面是否存在涂层进行分组，评估所使用的 GF-2 滤膜在病毒灭活和过滤效率方面的效果。

作者声明无利益冲突。

本研究中，我们介绍了一种在微生物气溶胶舱内评估抗病毒滤膜及预滤膜表面涂层效率的实验方案。所制备的气溶胶舱提供了一个可控且封闭的系统，适用于无菌微生物分析，该装置可高压灭菌、便于携带、透明且体积小（3 L），相较于此前报道的一些气溶胶舱具有明显优势31,50,51。
本研究中测试的所有涂层材料均被证实具有抗病毒活性（图2A），其中实验性铜基表面涂层B4表现出最高的效能，在10分钟内将病毒传染性降低至检测限以下。铜基涂层A6紧随其后，在25分钟内实现病毒完全失活（图2A）。这些结果与先前关于铜和银抗病毒特性的报道一致17,18,20,21,22,52。在液滴干燥前的最初5分钟内未观察到病毒失活现象，表明早期传染性降低主要归因于干燥作用，而非涂层本身（对照组，图2A，图2B）36。与VS和VS-B涂层相比，B4和A6涂层表现出更快的失活动力学，而VS-B需要长达60分钟才能达到检测限（图2A）。由于缺乏B4和A6涂层的预过滤器，因此在后续的过滤器气溶胶实验中选择了VS-B。
本研究结果强调，即使没有抗病毒涂层，HEPA 过滤器和初效过滤器也能有效减少穿透它们的病毒数量。气溶胶病毒在过滤过程中受到机械应力作用，导致病毒感染性降低 1.0–2.0 个对数级（从约 8 × 105 – 1 × 107 PFU/mL 降至约 5 × 104 – 105，图 3A）。这一减少效应在所有初效过滤器测试中均一致观察到，支持了以往的研究结果50,53,54。对于 GF-2 型 HEPA 过滤器，病毒感染性的损失更为显著，检测不到具有感染性的病毒颗粒（低于方法的检测灵敏度极限，图 3A）。相较于总基因组拷贝数，病毒感染性较低的现象表明过滤过程对病毒颗粒造成了机械损伤，这一现象在有包膜的 Phi6 病毒中尤为明显。由于有包膜病毒更易受到机械破坏，这种差异在无包膜病毒中可能较小55。
在气溶胶测试中，涂层对初效过滤器的过滤性能没有产生统计学上显著的影响。这可能反映了涂层与穿过过滤器的病毒之间接触有限，导致涂覆与未涂覆的初效过滤器结果相似（图3B，图4B）。计算得出的亚秒级滞留时间表明，抗病毒失活动力学必须在极短的时间尺度内发生，才能在实际气流条件下发挥作用。此外，我们的结果提示，所测试的涂层并未表现出铜离子对带负电荷生物分子所具有的静电亲和性，而这种特性本可能吸引病毒至滤材表面并减少其通过量56。因此，初效过滤器涂层的主要优势可能在于其捕获后的自清洁能力，正如表面测试所证实的那样，而非提升机械过滤效率。需要强调的是，本研究中进行的实验代表单次通过的过滤条件，即气溶胶颗粒仅与过滤器接触一次。这导致滞留时间极短且病毒与表面接触有限，可能削弱了抗病毒涂层可观察到的效果。相比之下，实际应用中的空气净化系统通常在循环条件下运行，空气的反复通过会增加累积接触，可能增强涂层的效果。
我们的结果表明，与未使用的滤膜相比，GF-2 滤膜在高档餐厅和员工食堂的空气净化器中连续使用三个月后，对感染性病毒的去除效果更佳（补充图 3 和 补充图 4），优于未使用的滤膜（图 5）。这种改善可能归因于多种因素。首先，已有报道指出，灰尘和其他颗粒物的积累可使病毒失活57。其次，室内空气污染物的逐步积聚可能暂时增加滤膜结构的密度，从而提高其过滤效率57,58,59。值得注意的是，滤膜表面涂层的存在并未显著影响病毒的感染性或通过 qRT-PCR 检测到的基因组拷贝数。无论滤膜是否有涂层或是否使用过，非感染性病毒颗粒的穿透情况也相似，表明 GF-2 HEPA 型滤膜及前置滤膜的过滤效率主要反映其机械性能。然而，颗粒物在 GF-2 滤膜表面的积聚显著减少了穿透滤膜的感染性病毒数量（图 5）。
为了理解图5和图6中观察到的滤膜性能差异，进行了额外的测试。所有滤膜在接触水滴时均表现出强烈的疏水性，而在油滴测试中则显示出显著差异，其中VS涂层滤膜表现出明显的亲油性。这种差异的潜在机制尚不明确，但这些结果表明滤膜的使用年限或使用历史可能并非影响其性能的主要因素。相反，表面预处理的类型可能会改变滤膜的物理特性，从而影响病毒的截留与透过。综合来看，这些发现表明抗病毒涂层所提供的功能优势超出了单纯的机械过滤，尤其是其自清洁潜力，可能降低操作人员处理使用过的滤膜时面临的健康风险。
尽管本方案为评估抗病毒过滤提供了可靠的框架，但仍需考虑若干局限性。首先，本研究使用有包膜的噬菌体Phi6作为人类呼吸道病原体的替代物。虽然Phi6在结构和化学性质上与冠状病毒具有相似性，但其在环境稳定性及表面蛋白方面的差异可能影响确切的灭活动力学。其次，尽管部分涂层表现出显著的有效性，但本研究仅在特定气溶胶条件下评估了有限数量的配方；未来的研究应扩大范围，纳入更多种类的抗菌剂。最后，实验是在受控的气溶胶舱内进行的，空气流速和湿度均受到调节。尽管这些条件可确保实验的可重复性，但无法完全模拟真实室内环境中复杂的湍流气流及波动的环境参数。
总体而言，本研究表明，GF-2 玻璃纤维滤材和前置过滤器能够高效去除具有感染性的病毒，尤其在长期使用后由于颗粒物密实化而效果更佳；而铜基和银基涂层的主要作用是在与病毒直接接触时将其灭活。这些发现强调了机械过滤在控制空气传播病毒方面的有效性，并提示未来的研究应评估抗病毒涂层与其他干预措施（如紫外线照射）联用的效果，以进一步降低传播风险。前置过滤器60,61。此外，未来还需开展实地研究，将这些涂层整合到现有建筑通风系统中，以验证其在实际环境中的性能 in situ。

在新冠疫情期间，人们对空气传播病毒的理解有了显著进展。鉴于室内环境的传播风险明显高于室外环境，迫切需要开发更有效的防护策略1,2。在此背景下，高性能的空调系统和空气净化系统是减少封闭空间内病毒传播的关键组成部分。
空气过滤是空气净化系统中最常用的方法之一，依赖于过滤材料固有的物理过滤特性和多层过滤结构3,4,5。该方法通常包括：初效过滤器，即一种捕获大颗粒物的粗效过滤器；中效过滤器，例如活性炭过滤器；以及高效微粒空气（HEPA）过滤器，可去除至少99.97%粒径为0.3 µm的最易穿透颗粒物6,7。过滤器的物理特性具有多种抗菌优势。已有研究表明，多孔材料可通过截留并干燥病毒使其失活8,9,10。材料的疏水性或亲水性也可相应加以利用：具有疏水性包膜的病毒倾向于吸附在疏水性表面，而亲水性表面则吸引亲水性病毒11,12。此外，还可使用抗病毒表面涂层以进一步增强净化效果。滤网涂层的目的是在病原体接触滤网的瞬间将其灭活13,14。这些特性可提高操作安全性，尤其在医院环境中，以及在流行病和大流行期间的公共场所中尤为重要14。
在实际应用中，滤膜涂层的灭活效果必须足够迅速，以便在气流通过过程中发挥作用。因此，涂层与病毒颗粒之间直接接触的表面积应足够大，并且涂层必须能够在给定的接触时间内灭活病毒。重金属如铜和银已知具有抗病毒作用15,16,17。这种抗病毒效应已在多种病毒中被观察到，包括脊髓灰质炎病毒、痘苗病毒、单纯疱疹病毒1型、Phi6病毒、乳头瘤病毒SV-40、腺病毒、水疱性口炎病毒、SARS冠状病毒、杆状病毒以及猫传染性腹膜炎病毒18,19,20,21,22。其作用机制包括铜离子和银离子的释放以及活性氧（ROS）的产生，这些物质可与病毒蛋白发生反应并氧化核酸23,24,25,26,27,28,29,30。
本研究基于Sofieva等人（2022年）先前提出的腔室设计，开发了一种可调节气溶胶和病毒采样特性的气溶胶过滤测试腔室（见图1和补充图1）31。改进后的腔室设计为封闭系统，用于使致病性呼吸道病毒的模型病毒与过滤材料接触，从而评估涂层与未涂层过滤材料的抗病毒效率。选择有包膜的噬菌体Phi6作为呼吸道病毒的替代物，因其是病毒气溶胶研究中经过充分研究且广泛应用的模型。由于Phi6对人类无致病性，被归类为生物安全等级1级（BSL-1），因此可在符合机构安全指南的生物安全等级2级（BSL-2）实验室环境中安全、便捷地评估抗病毒涂层性能。此外，Phi6在结构上与引起呼吸道疾病的包膜病毒（如严重急性呼吸综合征冠状病毒1型和2型，SARS-CoV-1和SARS-CoV-2）具有相似性。其脂质包膜还表现出对干燥和化学灭活的特定敏感性，使其成为评估抗菌表面涂层和过滤系统对包膜病原体效能的代表性模型32,33,34,35,36,37,38,39。
本研究的目的是首先通过Phi6噬菌体进行表面测试，分析含铜和银的选定滤材涂层在用于空气过滤前的抗病毒功效。随后，在空气预过滤器上评估这些基于铜和银的表面处理材料，以检验其增强对空气中病毒过滤和灭活能力的效果。

<table><tbody><tr><td>气溶胶室玻璃圆筒及盖子</td><td>Laborexin Oy</td><td>N/A</td><td>定制的玻璃圆筒及盖子，用于气溶胶密闭。</td></tr><tr><td>气溶胶室内金属支架</td><td>Clean Touch Medical Ltd.</td><td>N/A</td><td>定制的不锈钢支撑结构，用于安装滤膜。</td></tr><tr><td>气溶胶室盖子绝缘垫圈</td><td>Etra Oy (Etola Group)</td><td>N/A</td><td>定制的橡胶垫圈，用于实现气密性密封。</td></tr><tr><td>空气泵，WI 53082</td><td>Thomas Industries Inc.</td><td>N/A</td><td>隔膜泵，用于维持通过腔室的受控气流。</td></tr><tr><td>BioSampler</td><td>SKC Inc.</td><td>https://international.skcinc.com/products/air/bioaerosol-samplers/biosampler</td><td>全玻璃旋流式冲击采样器，用于高效收集空气中的病毒。</td></tr><tr><td>涂覆测试样品片</td><td>Clean Touch Medical Ltd.</td><td>www.cleantouchmedical.com</td><td>涂有抗菌配方的光面纸载片，用于表面功效测试。</td></tr><tr><td>CompAir Pro NE-C900 雾化器</td><td>Omron Healthcare</td><td>NE-C900&amp;nbsp;</td><td>高输出压缩式雾化器，用于病毒气溶胶的生成。</td></tr><tr><td>SPSS Statistics 软件</td><td>IBM Corp.</td><td>https://www.ibm.com/products/spss</td><td>统计分析软件，版本 28.0。</td></tr><tr><td>QuantStudio 设计与分析软件</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>https://www.thermofisher.com/in/en/home/technical-resources/software-downloads.html#pcr</td><td>用于 qRT-PCR 数据分析的软件，版本 1.3.1。</td></tr><tr><td>UniqAir PRO 空气净化器</td><td>UniqAir Oy</td><td>https://www.uniqair.fi/</td><td>商用级空气净化装置，用于腔室废气清除。</td></tr></tbody></table>

评估包被滤材和前置滤材对气溶胶化phi6病毒感染性与浓度的影响

Evaluating the Effect of Coated Filters and Pre-Filters on the Infectivity and Concentration of Aerosolized Phi6 Virus

在2019冠状病毒病（COVID-19）大流行之后，高效室内空气过滤技术的开发日益受到重视。本研究旨在利用标准化的生物气溶胶舱和包膜噬菌体Phi6作为呼吸道病毒的替代物，评估多种基于铜和银的空气过滤器表面涂层的抗病毒功效。表面测试证实，所有涂层均表现出抗病毒活性，其中特定的铜基涂层配方（B4）可在10分钟内完全灭活Phi6病毒，A6在25分钟内，VS-B在60分钟内；感染性的早期下降主要归因于液滴干燥。气溶胶实验显示，即使未涂覆涂层，高效微粒空气（HEPA）过滤器和预过滤器也能显著降低病毒感染性，机械过滤可实现1.0–2.0 log的减少，而高效级GF-2玻璃纤维过滤器则可消除可检测到的感染性病毒。涂层并未显著提高过滤效率，可能是由于病毒与涂层表面接触有限所致。使用过的GF-2过滤器表现出更优的病毒去除效果，归因于颗粒积聚和过滤器致密化，而涂层并未改变穿过过滤器的病毒拷贝数。VS-B涂层过滤器表现出亲脂性特征，提示其具有额外的功能优势。该方法表明，尽管过滤效率主要由机械截留和颗粒积聚驱动，但集成的表面涂层可通过灭活被截留的病毒颗粒提供自消毒机制；建议将紫外（UV）光的整合作为未来潜在的研究方向，以进一步提高系统的整体效能。

本研究旨在评估基于铜和银的表面涂层在空气过滤器上的抗病毒功效。通过使用生物气溶胶舱和Phi6噬菌体，该方法可定量分析自消毒室内空气技术的病毒灭活效果和机械过滤效率。

评估包被滤材和前置滤材对气溶胶化Phi6病毒感染性与浓度的影响

在2019冠状病毒病（COVID-19）大流行之后，高效室内空气过滤技术的开发日益受到重视。……的目标是

我们研究了预过滤器和抗病毒涂层在降低室内环境中空气传播病毒的感染性和浓度方面的效果。目前的方法忽略了真实的气流动力学。我们的实验方案可重现气溶胶条件，并同时测量具有感染性的病毒和总的病毒载量。首先，将纯化的phi6噬菌体储备液用含有1毫摩尔氯化镁的20毫摩尔磷酸钾缓冲液稀释，并调节pH至7.2。在生物安全柜内组装所有滤膜、预滤膜及含抗病毒涂层的材料，以进行表面测试。基于铜或铜与银活性成分嵌入专有基质中的涂层材料（即A6、B4、VS和VS B）在平板测试样品上评估其抗病毒活性。接下来，用移液器将20微升稀释的phi6噬菌体储备液滴加到已包被的测试样品上，以进行表面存活率测定。使用无菌玻璃三角棒将样品均匀涂布在2厘米×2厘米的区域内。将样品在22°C下孵育，分别在1分钟、5分钟、1小时和3小时四个时间点进行检测。每个时间点后，向表面加入 180 微升新鲜 LB 肉汤以回收病毒。通过反复吹打 10 至 20 次清洗表面，收集样品。使用塑料培养皿作为对照表面。使用噬斑实验定量评估表面涂层的抗病毒功效，以测定感染性病毒颗粒的数量，并采用定量逆转录聚合酶链式反应（qRT-PCR）检测病毒基因组拷贝数。按照先前所述方法稀释纯化并浓缩的phi6噬菌体悬液，获得每毫升2.5×10¹⁰至4.08×10¹¹个噬斑形成单位的病毒浓度。接下来，使用圆柱形玻璃主体及配套盖子组装实验气溶胶室。将内部金属支架插入腔室，并固定绝缘垫圈以确保气密性密封。使用雾化器结合空气泵来产生稳定且可重复的病毒气溶胶输入。每次实验前后均需对雾化器中使用的病毒溶液进行滴定，以监测其稳定性。将气溶胶流速设置为腔室内每分钟8升。为在长时间测量期间降低湿度，通过高效微粒空气（HEPA）过滤器将约四分之三的气溶胶流导向排气口。使剩余的四分之一气流（相当于每分钟2升）进入腔室。使用漏斗将气溶胶气流引导至腔室内的滤膜或前置滤膜表面。利用干燥器对排出的气流进行除湿，以保护高效过滤器（HEPA）和流量计免受过多湿气影响。通过外部泵在系统内产生负压，并进一步促进气流，确保气体高效地从出口排出。在气溶胶室中，评估未涂层或VS B涂层聚酯材料以及bulpren预过滤器与双层玻璃纤维材料的抗病毒特性。为通过撞击采样法评估抗病毒效果，将含有20毫摩尔HEPES缓冲液（pH 7.2）的培养皿置于待测预过滤器正下方，以最大化颗粒沉积。或者，为测试GF2滤膜的抗病毒效果，可设置一个三喷嘴全玻璃旋流冲击器，并连接外部泵以收集气溶胶。以每分钟两升的流量使气流通过测试预滤器或滤器。在腔室出口后通过一个附加阀门将总进气量增加至每分钟10升。用5毫升20毫摩尔的HEPES缓冲液捕获气溶胶。每30分钟补充一次因蒸发而损失的缓冲液。进行三重取样时，每次实验前后均需进行15分钟的对照运行，对照运行时不使用预滤器或滤膜。在实验前的对照运行结束后，将滤膜或预滤器插入腔室，并运行系统三小时。每30分钟从含有20毫升缓冲液的培养皿中收集1毫升悬液，以采集病毒气溶胶。实验结束后取下滤膜，并进行实验后对照运行。在实验过程中每30分钟采集一次样品，每次实验共获得八个qRT-PCR样品和八个滴定样品。在撞击式采样器实验中，仅在三小时运行结束时采集一次滴定样品。取800 µL收集的样品用于qRT-PCR分析，剩余的200 µL用于病毒滴度测定。将qRT-PCR样品在液氮中迅速冷冻，并在-80 °C下保存。立即使用噬斑试验处理病毒滴度样品。表面存活率试验表明，所有测试的涂层均能成功灭活病毒，在前五分钟内即观察到显著减少。基于铜的表面涂层B4实现了最快的减少效果，五分钟内感染性病毒数量减少了三个数量级，并在15分钟内达到完全灭活，检测限低于每毫升100个噬斑形成单位。A6涂层在25分钟内实现了病毒的完全灭活，VS B在60分钟内完成灭活。VS涂层在所测试材料中表现出最慢的灭活速率。所研究的预过滤器BP6、S11和FMR5在降低穿透其的感染性病毒数量方面效果相当，与无过滤器对照组相比，病毒量减少了1.5至2个数量级。GF2滤膜表现出更优的性能，可将病毒载量降低至少六个数量级，在检测限内未检测到具有感染性的phi6病毒噬斑。VS B涂层与未涂层的预过滤器相比，对感染性病毒的过滤效率无显著影响。qRT-PCR结果表明，预过滤器可将病毒基因组拷贝数降低高达两个数量级。与无滤膜对照组相比，GF2滤膜显示出高达四个数量级的减少。尽管在前30分钟内，预滤膜与对照组之间的差异仍不显著，但从60分钟时间点开始，机械过滤效率有所提高。此外，VS B涂层的应用对通过过滤介质的病毒基因组数量未产生可测量的影响。本方案使研究人员能够量化病毒灭活率、过滤效率，以及感染性颗粒与总病毒载量之间的差异。一个关键挑战是在气流过程中病毒与表面接触时间极短，这限制了抗病毒涂层的有效性。未来的研究可探索将涂层与紫外线结合使用，或在真实通风系统中测试其性能，并针对多种病毒进行验证。

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Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

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