用于抗新型冠状病毒的无机表面材料及其作用机制

李丹，肖丽萍，范杰

（浙江大学化学系,浙江省应用化学重点实验室,杭州 310027）

新型冠状病毒全称为严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2），是引起新冠肺炎（COVID-19）的病毒.自2019年12月我国公开报道第一例新冠肺炎病例以来［1］，COVID-19已迅速成为一场席卷全球的大流行病，对人类的健康和全球的经济等产生了灾难性的影响.截止到2022年5月，全球累计感染人数超过5.1亿，死亡人数超过620万［2］.

SARS-CoV-2的主要传播途径为接触传播、污染物传播和气溶胶传播［3～6］.因此，开发一种能够快速、有效抑制SARS-CoV-2的表面材料，以阻断这3种传播途径，对减少病毒的传播至关重要.无机材料廉价易得、有明确的抗微生物特性，在抑制SARS-CoV-2表面材料的应用中具有巨大潜能.本文首先介绍了SARS-CoV-2的基本结构及生命周期、传播途径和活性检测方法；
然后重点综述了具有抗病毒特性的无机表面材料（金属单质及其衍生物、石墨烯及其衍生物和沸石等）的研究进展，对这些材料抑制SARS-CoV-2的实际和潜在应用进行介绍，同时阐述其可能的作用机制（图1）；
最后，对无机抗病毒表面材料领域面临的机遇与挑战进行了展望，为设计高效的无机抗病毒表面材料提供了新思路.

Fig.1 Schematic diagram of inorganic-based antiviral surface materials

病毒是由DNA或RNA基因组及保护性蛋白质外壳组成的非细胞型生物，其复制、转录、翻译等生命必需活动都需在宿主细胞中进行.冠状病毒则是一种高度多样化的包膜阳性单链RNA病毒家族，分为α，β，γ和δ4种属，可感染鸟类、人类和其它哺乳动物.已知有7种冠状病毒会引起人类感染，其中HCoV 229E，HCoV NL63，HCoV HKU1和HCoV OC43［7］均为低致病率的病毒；
而另外3种冠状病毒：严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）［8，9］、中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）［10，11］和严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）［1，12］，能对人类造成致命的肺炎感染.

SARS-CoV-2属于β属冠状病毒家族，具有冠状病毒的典型结构特征：形状近似球形，直径在60～140 nm，病毒颗粒表面有形似“日冕”的刺突蛋白［1］.自SARS-CoV-2病毒被首次分离以来，科学家已对其基本结构、生命周期及传播机制进行了详细研究，这些基本认识能够帮助人们更加有针对性地采取针对新冠肺炎的治疗措施，同时也为防控SARS-CoV-2的传播提供参考.

1.1 SARS-CoV-2的基本结构及生命周期

SARS-CoV-2具有阳性单链RNA基因组，大小约29.9 kb，包含约30000个核苷酸.基因组包含12个功能性开放阅读框（ORF）［13］，它们共编码至少29种蛋白：16种非结构蛋白（NSPs）、9种辅助蛋白、4种结构蛋白［包括刺突蛋白（S）、膜蛋白（M）、包膜蛋白（E）和核衣壳蛋白（N）］（图2）［14］.

S蛋白主要负责SARS-CoV-2与宿主细胞的结合与膜融合，包含2个亚基：受体结合亚基S1和膜融合亚基S2.S1亚基负责与靶细胞上的受体血管紧张素转化酶2（ACE2）结合，其中，S1所包含的受体结合域（RBD）是识别与结合ACE2的关键位点.S2亚基则与宿主细胞进行膜融合，使病毒基因组进入宿主细胞［15］.研究发现，SARS-CoV-2的S蛋白与ACE2受体具有较高的亲和力，比SARS-CoV的S蛋白与ACE2受体的结合能力高10～20倍［16］.

Fig.2 Schematic presentation of the virion structure[14]

M蛋白的主要功能包括营养物质的跨膜运输、新生病毒出芽释放、病毒外包膜的形成以及特异性体液反应.此外，M蛋白的跨膜结构域可能包含1个T细胞表位簇，具有细胞免疫原性［17］.E蛋白是一种跨膜蛋白，它参与病毒组装，并且其疏水跨膜结构域对病毒粒子的释放至关重要［18］.N蛋白是一种磷酸化蛋白质，可形成螺旋衣壳，将阳性单链RNA基因组包裹在里面.

SARS-CoV-2的生命周期主要可分为4个阶段：吸附于宿主细胞，进入宿主细胞，进行病毒复制以及成熟和释放.如图3［19］所示，病毒通过S蛋白与ACE2结合后，细胞膜中的跨膜蛋白酶丝氨酸2（TMPRSS2）蛋白酶切割S蛋白，S2结构域被激活，最终导致病毒与细胞的膜融合［20］.另外，SARS-CoV-2的S蛋白也可被Furin蛋白水解激活［21］.病毒进入细胞后，ORF1a和ORF1b各编码1个多聚蛋白，这2个多聚蛋白经过加工后可产生16种非结构蛋白（NSP1-16）行使功能，它们负责完成病毒基因组RNA的复制和基因转录等功能［22，23］.病毒RNA和N蛋白在宿主细胞细胞质中生物合成，其它结构蛋白则在内质网中生物合成并运输到高尔基体.病毒RNA-N蛋白复合体和S蛋白、M蛋白及E蛋白随后在内质网-高尔基中间室中组装，产生成熟的病毒颗粒.成熟病毒随后通过出芽过程从高尔基体释放，再通过胞吐作用从宿主细胞释放［24，25］.

Fig.3 The SARS-CoV-2 viral life cycle[19]

正确认识病毒的基本结构及生命周期可以为病毒感染的治疗提供思路，任何一个蛋白质或者生命过程都可以为药物治疗提供潜在靶点.例如，于2020年5月获得美国食品药品监督管理局（FDA）紧急使用授权的瑞德西韦（Remdesivir）被认为是RNA聚合酶（RdRp）的一种竞争性抑制剂，可有效降低RNA复制［26］，达到治疗的效果.另外，了解病毒的基本结构及生命周期也可以为预防病毒感染提供参考，如通过抑制病毒与宿主细胞的吸附及进入达到抑制病毒感染的目的.

1.2 SARS-CoV-2的传播机制

作为一种呼吸道传播病毒，SARS-CoV-2的一般传播途径包括接触传播、污染物传播和气溶胶传播［3～6］.如图4［27］所示，感染者咳嗽、打喷嚏或说话时排出的呼吸道飞沫中含有病毒，并且这些飞沫中的病毒能在很长一段时间内保持活力和传染性，导致病毒的快速扩散.呼吸道飞沫可分为大颗粒（＞5 μm）和小颗粒（≤5 μm）［28］.

大颗粒的呼吸道飞沫迁移距离相对较短，约为1 m，进入空气后立即开始蒸发并收缩，并由于重力作用迅速沉降在各种物体表面（如桌面、按钮、扶手和触摸屏等），使它们成为潜在的感染源，进而导致接触传播和污染物传播［12，29，30］.研究表明，在塑料和不锈钢表面上3 d后仍可检测到活SARS-CoV-2病毒［31］，在口罩外层7 d天后仍可检测到具有感染活性的SARS-CoV-2［32］.

小颗粒的呼吸道飞沫有可能成为悬浮的气溶胶颗粒，并在空气中停留较长时间，从而使病毒通过气溶胶进行长距离传播（＞1 m）［33，34］.因此，除了使沉积的病毒颗粒灭活以避免前两种途径外，戴口罩、隔离等其它感染防控措施也能够有效防止病毒通过气溶胶传播.其中，口罩和呼吸器是保护医护人员和可能接触到病毒的普通民众的有效和必要设备［35～38］.

Fig.4 Common transmission pathways of respiratory diseases[27]

1.3 病毒活性检测方法

病毒活性的检测对药物治疗效果、材料抗病毒效果的评判至关重要.传统的病毒活性检验方法以活细胞培养为工具，通过病毒接种至细胞后，观察接种细胞的病变效应（CPE）来量化具有感染活性的病毒，主要有半数组织细胞感染剂量（TCID50）测定及空斑形成试验（PFU）等.近年来，已相继开发出一些以病毒的基因或蛋白为基础的检测方法，例如实时荧光定量聚合酶链反应（qPCR）和酶联免疫吸附试验（ELISA）等技术.另外，也可以通过对病毒颗粒直接计数进行活性确定，例如流式细胞分析和电子显微镜技术等.其中，TCID50及qRT-PCR是目前应用最多也是最成熟的技术.

1.3.1 半数组织培养感染剂量（TCID50）测定TCID50指使用不同稀释度的病毒接种至细胞后引起50%死亡或病变时的病毒稀释度，它反映了病毒感染性的强弱，而不是病毒颗粒的数目.通常应用Spearman-Karber或Reed-Muench公式计算得到TCID50值［39］.在进行材料抗病毒性能比较时，一般用TCID50的对数值（lgTCID50）进行比较，材料的抗病毒活性值（Mv）定义为作用前后lgTCID50的差值；
也可以用抗病毒活性率（%）表示：对应于抗病毒活性率99%，Mv=3则对应于则抗病毒活性率99.9%.在ISO18184：纺织品抗病毒活性检测中，将2.0≤Mv＜3.0的抗病毒效果定义为好，Mv＞3.0的抗病毒效果定义为极好［40］.

尽管TCID50测定长期以来作为病毒活性检测和抑制验证的标准，但仍存在一些缺点.一方面，并不是所有病毒都能在细胞培养中产生CPE，为了产生CPE，细胞系必须与病毒互相匹配；
另一方面，CPE观察受到观察者的主观因素影响较大，需要大量的平行样本获得相对准确的统计结果.因此，传统TCID50测定方法耗时长、成本高且容易受人为因素影响.

1.3.2 实时荧光定量聚合酶链反应（qPCR）qPCR是一种可用于定量检测病毒的分子方法，具有准确、快速的特点.其过程可简单概括为：从样本中提取病毒的DNA或RNA，并根据目标病毒选择特定的引物和荧光探针，然后在实时PCR热循环仪上建立反应并进行扩增［41］.当扩增反应结束后，可得到循环阈值（Ct值），即每个反应管内的荧光信号到达设定阈值时所经历的循环数.每个模板的Ct值与该模板的起始拷贝数的对数值存在线性关系，成为定量的依据.qPCR这一检测方法特异性强、准确度高、检测速度快，但也有可能产生假阴性或假阳性，试剂盒污染等问题.

在当今的全球社会中，病毒可以迅速和容易地跨越国界传播，对全球民众的健康和经济造成灾难性影响.由于病毒多样的感染传播方式，如通过接触、污染物和气溶胶传播，没有单一的办法来防止病毒的传播，使问题更加严重.病毒离开人体后，需要面临人体外一系列复杂而动态的环境条件.因此，我们有很多机会利用各种材料设置障碍，在病毒粒子到达宿主并突破最终的生物和免疫防御之前，阻止它们并使其失活.其中，适当的个人防护设备（PPE）和公共场所（如学校、医院或机场）的抗病毒表面对减少病毒传播十分重要.病毒在材料表面的活性主要受四方面因素影响［42，43］（图5）：（1）病毒本身结构特点，如是否具有包膜等；
（2）物理条件，如相对湿度、温度、光照等；
（3）表面的性质，如孔隙度、粗糙度及亲疏水性等；
（4）化学物质，如pH值、活性离子和抗病毒物质的存在等.每种病毒都以其独特的方式与材料表面进行相互作用，因此，要得到有效的抗SARS-CoV-2病毒表面材料，可以加入对这几种因素的考量，以达到最优的抗病毒性能.

Fig.5 Surface properties influencing the persistence of viruses[43]

抗病毒物质的存在对于病毒活性的抑制至关重要.要达到抗病毒的目的，需要抑制病毒生命周期中的任一或多个过程.许多无机材料可以通过抑制病毒生命周期中的某一或多个过程达到优异的抗病毒活性，并且由于其廉价易制得，容易加工应用在各种设施的表面（如公共交通、医院及医疗设备）的特点，已被广泛研究.下面将从金属单质及其衍生物、石墨烯及其衍生物、沸石这三大类无机材料出发，对它们抑制SARS-CoV-2的实际和潜在应用进行介绍.

2.1 金属单质及其衍生物

目前已发现有30多种金属可能与微生物发生相互作用，包括银、金、铋、钴、铜、铁、汞、锰、镍、铅、铂、锑、锡、钛和锌等［43］.随着纳米技术的发展，一系列基于金属元素的纳米粒子被开发出来.它们具有较大的比表面积，由此带来了独特的物理（如等离子体共振、荧光增强）和化学（如催化活性增强）特性，并且被应用到对微生物的抑制过程中.但这些金属的作用机制还没有被了解清楚，往往认为与一些病毒生存必需的过程受到影响有关.金属元素在病毒生命周期的一系列过程中发挥重要作用，主要包括3个方面：（1）与病毒颗粒接触并抑制病毒与细胞的附着及进入；
（2）产生活性氧或其它自由基黏附在病毒的包膜上，从而破坏病毒核酸和蛋白质的功能；
（3）模拟细胞核，增加宿主细胞的免疫应答，抑制病毒的出芽和扩散［44，45］.近年来，金属单质及其衍生物已被广泛用于各种抗病毒表面材料中，如银、铜、锌和钛.

2.1.1 银单质及其衍生物 银单质及其衍生物具有优秀的抗微生物性能，已被广泛应用于纺织品、医疗设备和伤口敷料中［46，47］.银纳米粒子（Ag NPs）可以与病毒包膜相互作用，从而抑制它们与宿主细胞的吸附和进入.银纳米粒子的粒径对其抗病毒活性有很大影响.Orlowski等［48］通过化学还原法合成了平均粒径为33 nm的Ag NPs，这种Ag NPs可通过抑制病毒与宿主细胞的黏附而有效控制小鼠单纯疱疹病毒2型（HSV-2）感染.Du等［49］制备了平均粒径小于5 nm的Ag2S纳米团簇，并发现它们通过抑制RNA合成和病毒出芽来实现对猪流行性腹泻病毒（PEDV）的抑制.

Tremiliosi等［50］证实，由银纳米粒子功能化的涤棉织物对SARS-CoV-2病毒具有抑制作用，在2 min的共孵育后，可实现99.99%的抑制率.此外，它还对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌等病原体有99.99%的抑制作用.Assis等［51］制备了二氧化硅-银纳米粒子-聚乙酸乙烯酯复合物，其可实现对SARS-CoV-2 2 min内99.05%和10 min时99.85%的抑制率.在对机制的研究中发现，二氧化硅可以通过表面等离子体共振效应增强银纳米粒子诱导产生活性氧（ROS）的能力，从而导致病毒的灭活.

2.1.2 铜单质及其衍生物 铜单质及其衍生物被用作抗病毒材料已有上百年的历史［52，53］，它们的抗病毒机制可以总结为以下两点：（1）与含硫醇基团和氧位点的高度亲和力使核酸和蛋白质的构象结构发生变化，从而丧失功能［54，55］；
（2）Cu2+和Cu+之间的氧化还原循环可以催化高反应性·OH的产生，从而破坏脂质、蛋白质、核酸和其它生物分子［56，57］.

铜单质对SARS-CoV-2的抑制作用最早由Doremalen等证实［31］，他们发现在铜表面上4 h后即检测不到具有感染活性的SARS-CoV-2.Liu等［58］开发了一种含20%（分量分数）铜的不锈钢材料，其在3 h和6 h内可降低SARS-CoV-2活性的99.75%和99.99%.并且，再一次证实了纯铜对SARS-CoV-2的高抑制作用，仅3 h即可抑制99.99%的病毒，6 h后未检测到活病毒.相对地，纯银和含银的不锈钢对SARS-CoV-2没有明显的抑制作用.Hosseini等［59］制备了一种抗SARS-CoV-2的多孔亲水氧化铜（CuO）涂层，当将其镀到玻璃上时，与普通玻璃相比，SARS-CoV-2在30 min和1 h内的传染性分别降低了99.8%和99.9%.同时，他们在对抑制机制的研究中发现，SARS-CoV-2与CuO的接触是抑制感染的必要条件，而非CuO的溶出物，SARS-CoV-2与CuO的接触失活可能是由静电相互作用引起的.Behzadinasab等［60］则开发了一种由氧化亚铜（Cu2O）颗粒与聚氨酯结合的涂层，将其镀膜至玻璃或不锈钢上1 h后，与未镀膜样品相比，病毒滴度平均降低约99.9%.并且这种涂层具有较好的耐受性，在浸入水中13 d或经历暴露于病毒和消毒的多个周期后仍保持完好和活性.Hewawaduge等［61］设计了一种含硫化铜（CuS）的三层口罩（图6），在30 min内能够有效杀灭SARS-CoV-2；
1 h后病毒几乎完全被杀灭.并且，CuS对SARS-CoV-2的抗病毒活性来源于固态CuS，而不是溶解CuSO4衍生的Cu2+离子形式.

Fig.6 CuS-impregnated three-layer mask with inactivating effect on SARS-CoV-2[61]

2.1.3 锌单质及其衍生物锌单质及其衍生物对多种病毒的抑制作用已被证实，包括人类鼻病毒（HRV）［62，63］，单纯疱疹病毒（HSV）［64］.人体免疫缺陷病毒（HIV）［65］.丙型肝炎病毒（HCV）［66，67］和流感病毒（H1N1）［68，69］等，并对其抑制作用的机制进行了研究.对于小核糖核酸病毒，它们的蛋白酶普遍对Zn2+较敏感，进而会使得病毒的多蛋白加工过程受到影响［62，70］.此外，Te Velthuis等［71］发现Zn2+可以抑制SARS-CoV和马动脉炎病毒（EAV）的RNA聚合酶活性，从而抑制病毒RNA的复制.Wei等［72］证实锌盐对传染性胃肠炎病毒（TGEV）的抑制作用来源于影响病毒与受体细胞的融合、病毒在细胞内的生命周期以及新病毒的释放，而对病毒与受体细胞的结合并没有影响.

Hosseini等［73］用氧化锌颗粒制成了抗微生物涂层，其可在1 h内将SARS-CoV-2悬液的传染性降低99.9%，且这种涂层可应用于各种物体（如扶手和门把手）上，以阻止COVID-19的传播.Gopal等［74］发现，含有Zn2+的聚酰胺6.6（PA66）纤维在1 h内对H1N1和SARS-CoV-2抑制率能达到99%，并且在50次以上的标准洗涤中，Zn2+含量和对病毒的抑制性能均保持稳定.

2.1.4 钛单质及其衍生物 以二氧化钛（TiO2）为代表的钛类衍生物具有卓越的捕光能力，可以产生电子空穴对和ROS，如对微生物有害的超氧自由基（·O2-）和羟基自由基（·OH）［75，76］，从而破坏病毒蛋白质和核酸的正常功能，影响病毒正常的生命周期.Tong等［77］研究了在低照射条件（375 nm，0.4 mW/cm2）下纳米TiO2对多种病毒的影响，证实了光活化的TiO2能有效抑制包括SARS-CoV-2及丙型肝炎病毒（HCV）在内的共7种病毒.对HCV的抑制机理研究表明，光诱导的·OH在病毒失活中起主要作用，并且光诱导的自由基并不降低病毒粒子的结构成分水平，而是损害病毒基因组的功能，从而导致病毒失活.Li等［78］将酯化、氮掺杂的TiO（2N-TiO2）和TiO2混合物沉积于由聚乙烯醇（PVA）、聚环氧乙烷（PEO）和纤维素纳米纤维（CNF）静电纺丝得到的织物上，制得了一种可重复使用、可生物降解、抗菌的口罩，这种N-TiO2/TiO2沉积口罩具有优良的抗菌和光催化再生性能，其在自然太阳光下照射10 min后即可达到对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌100%的抑制率，使用后的口罩可在光照下进行消毒以供重复使用，从而解决口罩短缺、口罩重复使用和废弃口罩处理方面的问题.

2.2 石墨烯及其衍生物

石墨烯及其衍生物对细菌和病毒具有很强的亲和力，对多种病原体均表现出显著的抑制作用［79～82］.针对其微生物抑制机制有两种解释：（1）石墨烯材料能够通过与特定抗体或配体的相互作用［83］、静电相互作用［84，85］、诱捕或包裹［86～88］来捕获病原体；
（2）石墨烯薄片可以通过疏水［89～91］或机械相互作用［92，93］破坏病原体.一般认为，基于石墨烯的材料主要通过“结合和包裹机制”对病毒具有活性，因此可抑制病毒与宿主细胞吸附这一过程，也说明石墨烯在病毒与宿主细胞的相互作用过程中仅起到暂时抑制的作用，病毒仍是可以逃脱抑制的.de Maio等［94］研究了溶液中氧化石墨烯结合和诱捕悬浮SARS-CoV-2病毒颗粒的能力，发现离心作用后的病毒液感染性几乎完全被抑制，而不离心时，病毒感染性没有明显下降，因此确定氧化石墨烯是通过将病毒包裹在颗粒中导致沉淀.进一步地，他们发现与石墨烯/氧化石墨烯功能化的棉或聚氨酯共孵育2 h后，SARS-CoV-2的感染滴度降低了99%.Goswami等［95］将功能化石墨烯通过浸涂方法用于聚丙烯（PP）布上，实现了对SARS-CoV-2传播的完全阻断.Zhong等［96］采用双模激光诱导正向转移法将石墨烯沉积在无纺布口罩上，赋予口罩表面超疏水的特性，从而减少对带病毒的液滴吸附.并且，在阳光照射下，这种口罩表面温度可迅速升高至80℃以上，使口罩经过阳光消毒后可重复使用.Shan等［97］开发了一种电热石墨烯口罩（图7），其包含柔性导电电极和具有高导电率和热导率的石墨烯薄膜，与光热石墨烯口罩相比，可以在不考虑天气的情况下，在3 V电压下快速升温至80℃以上.然而，上述基于石墨烯的口罩的光热性能可能无法由使用者控制或调节，因此在佩戴时存在口罩温度过高的风险.

Fig.7 Reusable self-sterilization masks based on electrothermal graphene filters[97]

2.3 沸 石

沸石是一种具有规则孔道结构的硅铝酸盐晶体，由［SiO4］和［AlO4］四面体通过共享顶点氧原子构成的阴离子骨架结构需要由额外的阳离子平衡，其化学通式可表示为Mn/m（SiO2）（AlO2）n·xH2O（M为阳离子，价态为m）.一般认为，沸石可通过静电作用非特异性地吸附病毒，从而抑制病毒与宿主细胞的吸附.Grce等［98］发现天然斜发沸石对病毒具有一定的抑制作用.他们选取了人腺病毒5型、单纯疱疹病毒1型（HSV-1）和人肠道病毒（柯萨奇病毒B5和埃可病毒7）作为研究对象，发现沸石对病毒的抑制作用与沸石浓度及病毒的种类和浓度有关.当沸石浓度达到50 mg/mL时，可对病毒增殖达到最高的抑制作用，这可以由沸石通过吸附病毒达到抑制病毒与宿主细胞吸附的作用机制来解释.但研究同时发现，沸石对HSV-1、柯萨奇病毒B5和埃可病毒7的抑制作用优于腺病毒5，这一结果无法用沸石对病毒的抑制作用仅来源于非特异性吸附作用来解释.

由于纯沸石对微生物的抑制作用并不理想，研究者们开始利用具有明确抗微生物作用的金属离子与沸石孔道及笼中的阳离子进行交换，从而赋予沸石优异的抗微生物特性.已有许多文献报道交换了Ag+，Zn2+，Cu2+等阳离子的沸石具有优异的抗微生物效果［99～101］.Bright等［102］用不同金属离子交换的沸石粉末悬浮液分别孵育人体冠状病毒229E（HCoV-229E）和猫传染性腹膜炎病毒（FIPV），发现在3.5%Ag/6.5%Cu，20%Ag和0.6%Ag/14%Zn/80%ZnO 3个实验组中，3.5%Ag/6.5%Cu对病毒的抑制效率最高，1 h内就能使病毒活性显著降低.作者进一步用3.5%Ag/6.5%Cu沸石-塑料孵育人体冠状病毒229E和猫杯状病毒株F-9，实验结果表明加了沸石的塑料相较于未加沸石的塑料对病毒的抑制效果有明显提升.Imai等［103］先在纺织物（100%棉）上化学合成A沸石，再以铜离子进行交换（0.5 g/m2），以此铜沸石织物测试对禽流感病毒H5亚型中高、低致病性H5N1和H5N3的抑制作用，发现即使在短时间内将材料与病毒液共孵育，病毒活性也得到了有效抑制.对于这一铜沸石织物的抗病毒性能，作者解释为病毒结构被铜离子快速、高度地破坏.

一般认为，与游离的金属离子相比，在沸石孔道及笼中的金属离子在实际应用中意义更加重大.一方面，游离的金属离子容易氧化，而在沸石孔道及笼中的金属离子更加稳定，从而可保持长时间的抗微生物活性［104］；
另一方面，沸石孔道及笼中的金属离子浓度远高于一般的金属离子溶液，沸石表面高浓度的金属离子可以保证高效的抗微生物活性，同时，沸石骨架对金属离子的可控性释放可以保证较低的人体毒性和环境危害.

SARS-CoV-2的受体结合域RBD等电点为8.9，因此，沸石的负电表面可以与RBD发生静电相互作用.进一步地，进行离子交换后的沸石孔道中富集的金属离子可以与病毒发生相互作用，从而导致病毒活性的丧失.因此，金属离子交换的沸石在SARS-CoV-2的抑制方面具有潜在应用价值.

表1 总结了目前文献报道的明确具有抗SARS-CoV-2病毒效果的无机表面材料[31,51,58―61,73,74,94,105―109].Table 1 Summary of literature on inorganic surface with anti-SARS-CoV-2 properties with reported mechanism of action and persistence

新冠肺炎疫情的突然爆发让具有抗病毒特性的无机表面材料受到了关注.本文综述了以金属单质及其衍生物、石墨烯及其衍生物、沸石为代表的3类无机表面材料在抗病毒应用中的表现及相关作用机制.对于金属单质及其衍生物，它们应用较为广泛，既可以制成合金或者通过镀膜、涂层技术应用于公共场所和医疗设备中，也可以直接添加到纺织物中、通过纺丝技术制成敷料或者口罩进行利用.同时它们具有广谱性的抗病毒效果，并且不易产生耐药性.但含金属材料要达到高效的抑制率往往需要较长的作用时间，难以达到日常防护的需求.对于石墨烯及其衍生物类材料，它们通常是以浸渍或沉积的方式负载于纺织物上，以口罩的形式进行使用.石墨烯及其衍生物通过光致升温达到对病毒的高效灭活，但它们的光热性能可能无法由使用者控制或调节，因此在使用过程中存在温度过高的风险.对于金属离子交换后的沸石，尽管已被证实对多种病毒具有抑制效果，但它们往往是通过浸渍的方式负载于纺织物或者是涂覆于不同表面上，这个过程中使用的黏合剂不仅堵塞沸石孔道，不利于抗病毒性能的发挥，并且通过黏合剂固定的沸石仍然面临着较大的脱落风险.

在大量抗病毒材料的研发过程中，还有许多问题需要引起重视.首先，既需要保证材料具有高的抑制率，又要考虑材料对人体健康和环境的安全性等.其次，应降低抗病毒材料的制备难度及生产成本，从而保证后续材料的大规模生产是可行的，使其真正地应用到人们的日常生活中，而不仅限于实验室的研发阶段.同时，尽管已有较多文献探究病毒在不同表面材料上活性的变化情况，但测试过程及方法缺乏规范性，这也导致难以对不同类型材料进行系统研究及比较.目前已有多项标准用于检测、评估对病毒的杀灭活性，例如针对纺织物抗病毒活性检测的ISO18184、针对塑料及其它无孔表面抗病毒活性检测的ISO21702等等，但在文献中还缺少应用.最后，还需要拓深对材料与病毒相互作用的认识，明确抑制机制，从而指导今后抗病毒材料的设计.

铜是最简单、有效的抗病毒材料之一，并且它对SARS-CoV-2的抑制作用已经被多方面证实.但它的缺陷也是显而易见的，要达到较高的抑制率（99%），往往需要30 min及以上的时间，而人们每不到3 min就会下意识地触摸自己的脸部［110］，这一过程就可能会导致病毒从物体表面转移到皮肤黏膜上，因此铜发挥抑制作用所需的长时间限制了它的应用.同样地，沸石也已被应用于抗病毒材料的设计中，但主要问题同样是效果不佳，这可能归因于其抗病毒效果来源于非特异性吸附.基于沸石优异的离子交换特性，可通过离子交换得到不同交换度的铜基沸石.已有研究将铜基沸石应用于抗病毒材料中，但尚未针对SARS-CoV-2进行抑制作用的探究，铜基沸石对SARS-CoV-2的潜在抑制作用值得进行探索.SARS-CoV-2要感染宿主细胞，首先需要病毒颗粒表面刺突蛋白所包含的受体结合域RBD与宿主细胞上的ACE2受体进行识别与结合.在RBD与ACE2识别、结合的过程中，铜基沸石是否能发挥作用，从而影响到RBD-ACE2的结合，这可以作为一个切入点进行探究.同时在抗病毒作用的发挥中，沸石是仅作为铜离子的载体，还是通过其本身特性（包括负电表面、多孔性等）与铜离子共同发挥协同作用，仍值得深入研究.

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