你能想象得到嗎？隻需輕輕噴一噴，就能在鼻子內(nei) “戴”上一層“口罩”。中國科學院過程工程研究所(以下簡稱過程工程所)的科研人員創製了一種“鼻內(nei) 口罩”，能夠實現對病毒的攔截並讓病毒失活，可大大降低病毒感染的風險。研究顯示，在小鼠、人鼻腔數字模型、人呼吸道仿真模型驗證中，“鼻內(nei) 口罩”均表現出顯著的防護效果。

　　什麽(me) 是“鼻內(nei) 口罩”，其防護原理是什麽(me) ，和普通口罩相比它有什麽(me) 優(you) 勢？科技日報記者就這些問題采訪了相關(guan) 專(zhuan) 家。

　　在鼻腔處設置一道“關(guan) 卡”

　　氣溶膠是病毒性呼吸道傳(chuan) 染病的主要傳(chuan) 播方式。鑒於(yu) 病毒氣溶膠可以通過鼻腔侵入人體(ti) ，研究人員設想，是否可以在鼻腔處設置一道“關(guan) 卡”或“護盾”，即塗上可以有效攔截病毒甚至滅活病毒的塗層？基於(yu) 多年的生物劑型工程研究基礎，中國科學院院士、過程工程所研究員馬光輝和過程工程所研究員魏煒團隊創製了“鼻內(nei) 口罩”。

　　實際上，“鼻內(nei) 口罩”是一種嵌合細胞囊泡的溫度敏感型凝膠。它由表麵高表達病毒受體(ti) 的微米級細胞囊泡，嵌合在攜帶正電荷的溫敏型水凝膠中構成。在室溫狀態下，它呈現液態並可以噴霧的方式進入鼻腔中。當液態的“鼻內(nei) 口罩”進入鼻腔後，在人體(ti) 溫度的作用下，可以很快地由液態轉化為(wei) 凝膠態，從(cong) 而在鼻腔中形成一層凝膠防護層。

　　“該防護層能夠通過攔截和誘捕這兩(liang) 種作用，阻止病毒氣溶膠進入肺部，並且能夠使病毒氣溶膠中的病毒失去感染能力。”論文共同第一作者、過程工程所副研究員王雙說，當病毒氣溶膠被吸入鼻腔時，該凝膠防護層中的正電荷凝膠能夠攔截並吸附帶負電荷的病毒氣溶膠顆粒，從(cong) 而阻斷其向下遊氣管及肺部的傳(chuan) 播；而嵌合在凝膠中的微米級細胞囊泡，能夠進一步借助表麵高表達的病毒受體(ti) ，誘捕病毒進入囊泡內(nei) 部使其失活，以此保護鼻腔上皮細胞不被病毒感染。上述兩(liang) 種作用協同，可降低病毒感染的風險。

　　“在研究過程中，我們(men) 製備了多種不同濃度、不同配比的水凝膠。通過考察它們(men) 的噴霧性能、溫敏性能、氣溶膠吸附性能等，我們(men) 最後篩選出了一個(ge) 多方麵均有良好表現的凝膠配方。”論文共同第一作者、過程工程所博士生胡校銘說。

　　通過小鼠的病毒感染模型與(yu) 病毒傳(chuan) 播模型實驗，研究人員發現，“鼻內(nei) 口罩”可以有效保護小鼠鼻腔和肺部免受病毒氣溶膠的感染。

　　此外，研究團隊還借助3D打印技術獲得了人體(ti) 鼻腔實物模型，並將其與(yu) 人肺類器官模塊(模擬肺組織)和氣流管道模塊(模擬呼吸氣流)連接，構建了集成化的人呼吸道仿真模型。在此基礎上，團隊證明了“鼻內(nei) 口罩”能夠有效降低不同病毒氣溶膠對於(yu) 肺類器官的感染率。

　　以內(nei) 化方式遮蔽病毒感染蛋白

　　與(yu) 以往研究主要針對病毒感染不同，這項研究主要聚焦於(yu) 病毒氣溶膠。“我們(men) 的研究提供了一種攔截病毒氣溶膠並誘捕病毒，從(cong) 而阻止病毒氣溶膠感染的新思路。這為(wei) 病毒氣溶膠防護領域添上了一塊新的拚圖。”王雙說。

　　在以往的研究中，科研人員主要利用納米級細胞囊泡，或者宿主細胞的細胞膜修飾的納米顆粒作為(wei) 病毒“誘餌”。這種病毒“誘餌”能夠借助其表麵攜帶的病毒受體(ti) 與(yu) 病毒進行結合。但由於(yu) 其內(nei) 部尺寸太小或無內(nei) 部空間，因此它不能內(nei) 化病毒，僅(jin) 能遮蔽病毒的一部分感染蛋白，導致病毒還有感染細胞的可能性。

　　王雙介紹，在本研究中，團隊製備出微米級細胞囊泡作為(wei) 病毒“誘餌”。它的內(nei) 部具有較大的空間，能夠通過內(nei) 化的方式遮蔽病毒的感染蛋白，大大降低病毒感染的風險。更為(wei) 重要的是，微米級細胞囊泡表麵的病毒受體(ti) 完全來自病毒的宿主細胞，而病毒感染細胞的過程必須借助宿主細胞膜表麵的病毒受體(ti) 。因此，這種結合不會(hui) 由於(yu) 病毒發生突變而喪(sang) 失。這也就意味著微米級細胞囊泡內(nei) 化病毒並使病毒失活的能力不會(hui) 因為(wei) 病毒變異而失效，能夠適用於(yu) 病毒的不同變異株。

　　這項研究創新性地將計算流體(ti) 力學—離散顆粒模擬(CFD-DPS)技術，與(yu) 基於(yu) 電子計算機斷層掃描(CT)數據的3D重構技術運用到病毒氣溶膠鼻內(nei) 防護領域的研究中。研究還首次構建了人呼吸道仿真模型，來模擬真實人體(ti) 在呼吸作用下吸入病毒氣溶膠的過程。同時，研究借助計算機模擬與(yu) 實驗驗證相結合的方式，從(cong) 多角度為(wei) “鼻內(nei) 口罩”在人體(ti) 上的適用性與(yu) 有效性提供了有力證據。魏煒認為(wei) ，研究中所使用的計算機模擬技術和人呼吸道仿真模型等創新模型，為(wei) 病毒防護領域的研究者提供了一些新思路。

　　給特定人群帶來額外防護效果

　　相比普通口罩，“鼻內(nei) 口罩”具有一些明顯優(you) 勢。胡校銘介紹，在使用部位上，普通口罩是佩戴在麵部的；“鼻內(nei) 口罩”是施加在鼻腔內(nei) 部的。在防護機理上，普通口罩主要發揮物理阻隔作用，將病毒攔截在呼吸道以外，但不能使黏附在口罩上的病毒失活；“鼻內(nei) 口罩”不僅(jin) 能夠攔截病毒，而且還能進一步使被攔截的氣溶膠中的病毒失去感染能力，降低病毒感染細胞的可能性。在現實生活中，可以將“鼻內(nei) 口罩”與(yu) 普通口罩聯合使用。普通口罩用以物理阻隔大部分病毒氣溶膠顆粒，而“鼻內(nei) 口罩”能夠進一步將通過口罩縫隙吸入的病毒進行攔截、捕獲並使其失活。

　　“必須強調的是，目前這項成果仍屬於(yu) 臨(lin) 床前研究階段，實際的臨(lin) 床療效還有待進一步驗證。”王雙說，如果“鼻內(nei) 口罩”的臨(lin) 床療效驗證很好，未來它的推廣能為(wei) 哮喘患者等不適合或不習(xi) 慣佩戴口罩的人提供一種額外的選擇，從(cong) 而能夠提升公眾(zhong) 的防護意願，降低病毒性呼吸道傳(chuan) 染病的發病率。

　　同時，“鼻內(nei) 口罩”與(yu) 普通口罩聯用，還能為(wei) 醫務人員等經常出入高濃度病毒氣溶膠區域的人群提供額外防護，有望大幅降低病毒氣溶膠對他們(men) 造成的感染風險，為(wei) 他們(men) 的健康提供額外保障。

　　更重要的是，鑒於(yu) 該體(ti) 係構建的通用性、靈活性和安全性，未來在應對新發病毒性呼吸道傳(chuan) 染病時，研究人員能夠利用基因編輯等手段，使已有的工程化細胞表達該病毒對應的病毒受體(ti) 。這樣就可快速製備出針對新發病毒氣溶膠的“鼻內(nei) 口罩”，以迅速響應新發病毒性呼吸道傳(chuan) 染病，降低這些傳(chuan) 染病的傳(chuan) 播速率，減少其對公共衛生安全的威脅。(科技日報記者 陸成寬)