我們知道，某些病毒，例如冠狀病毒，可以通過空氣傳播。然而，有一些其他病毒則更喜歡在水中傳播，包括導致胃腸道疾病的潛在危險病原體。迄今為止，已經有一些技術可以使用反滲透或納濾從水中去除這些病毒，但它們很昂貴，并且會對環境產生有害影響。其中，反滲透會消耗大量能量，而納米過濾器則是由石油基材料制成。受污染的飲用水仍然每年造成 500,000 人死亡，其中一半以上發生在5歲以下的兒童中。
值得注意的是，無包膜病毒可以在水體中長期存在，甚至可以抵抗一些最嚴酷的處理。這一挑戰不僅限于貧苦的社區，而且還擴展到擁有最先進水和廢水處理設施的國家。此外，即使是通常被認為在水環境中不穩定的有包膜病毒，例如流感病毒和冠狀病毒，現在也已被證明在大量水體中長時間保持高度傳染性：例如，SARS-CoV-2在室溫下的自來水和廢水中保留其傳染性超過 7 天。因此，如果要防止全球污染，開發處有效的屏障以防止病毒通過擴散環境流體傳播就變得至關重要。鑒于此，蘇黎世聯邦理工學院Raffaele Mezzenga等人開發了一種抗病毒膜捕獲器，能夠消除水中存在的病毒，它由從食品級牛奶蛋白中提取的淀粉樣納米纖維組成，β-乳球蛋白（BLG），并用氫氧化鐵納米顆粒（NPs）原位修飾。事實證明，新系統不僅可以高效消除腺病毒和逆轉錄病毒等多種病毒，而且還比當前的替代品便宜。成果發表在Nature Nanotechnology上。制造膜過程相對簡單。為了產生原纖維，將從牛奶加工中提取的乳清蛋白加入酸中（pH 值降低至 2.0）并加熱至 90 °C。這導致蛋白質延伸并相互附著，形成原纖維。納米顆粒可以在與原纖維相同的反應容器中生產：研究人員提高 pH 值并添加鐵鹽，使混合物“分解”成氫氧化鐵納米顆粒，然后附著在淀粉樣原纖維上。
圖|BLG-AF-Fe膜的原理、制備與表征淀粉樣原纖維和氫氧化鐵納米顆粒的這種組合使膜成為一種高效且高效的捕獲水中存在的各種病毒的方法。透射電鏡解雇偶顯示附著在 BLG AF-Fe 雜化物表面的病毒似乎在垂直于表面的方向上被拉長，這表明這種拉長是由干燥時膜的收縮驅動的，并表明病毒和 BLG AF-Fe 雜化物之間有很強的相互作用，因此，帶正電的氧化鐵是通過靜電吸引帶負電的病毒并使它們失活，這支持了病毒對 BLG AF-Fe 的附著是病毒消除背后的主要機制。同時，原纖維則提供了完美的基質來支撐納米粒子。通過實驗證明了該膜可消除多種水傳播病毒，包括無包膜腺病毒、逆轉錄病毒和腸道病毒。其中，前面提到，腸道病毒可能導致危險的胃腸道感染，每年導致大約 50 萬人死亡——通常是發展中國家和新興國家的幼兒。而且，腸道病毒非常堅韌和耐酸，可以在水中停留很長時間，因此，過濾膜應該對較貧窮的國家特別有吸引力，可以作為幫助預防此類感染的一種方式。此外，該膜還可以高效地從水中消除 H1N1 流感病毒，甚至是新型 SARS-CoV-2 病毒。在過濾后的樣本中，兩種病毒的濃度都低于檢測限，這相當于幾乎完全消除了這些病原體。值得注意的是，雖然該膜主要設計用于廢水處理廠或飲用水處理，但它也可用于空氣過濾系統甚至是口罩。由于它完全由生態無害的材料組成，它可以在使用后簡單地堆肥，并且其生產需要很少的能量。正如研究人員在他們的研究中指出的那樣，這些特征使其具有極好的環境足跡。因為過濾是被動的，它不需要額外的能源，這使得它的運行是碳中和的，并且可以在任何社會環境中使用，從城市到農村社區。綜上所述，研究人員展示了 AF-Fe 膜對包膜和非包膜病毒的普遍和廣泛功效，其中包括 SARS-CoV-2、H1N1 和 EV71 等關鍵病毒。這項技術對于緩解當前和未來的病毒大流行以及解決與病原體相關的全球清潔水挑戰具有直接重要性。Palika, A., Armanious, A., Rahimi, A. et al. An antiviral trap made of protein nanofibrils and iron oxyhydroxide nanoparticles. Nat. Nanotechnol. (2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00920-5
