黄嘉兴（右一）在美国西北大学实验室中
自然界中，人类赖以生存的空气里微粒无处不在，构成一个宏大的“气溶胶世界”。
作为新型冠状病毒等潜在的传播途径，气溶胶传播可以被阻断吗？
在刚刚回国的西湖大学讲席教授黄嘉兴手中，一种神奇的涂层正进入更深层次的研究阶段——它可以像粘蚊纸一样，捕获空气中的气溶胶液滴，从而防止带病毒的液滴“逃”回到空气中积累。
气溶胶如何传播病毒？涂层怎样在空气中捕捉气溶胶？它的效果究竟如何？
带着强烈的好奇心，记者走进西湖大学，与专家一同探秘奇妙的材料世界。
无处不在的气溶胶
PM2.5（细颗粒物）及空气质量指数的播报，是天气预报的常驻项目之一。
某一天，早晨起床，隔窗望去，透明的玻璃外面是灰蒙蒙的天空。这时天气预报会告诉你：今天空气质量差，PM2.5指数高，在家中时要及时关闭门窗，尽量减少外出，外出时佩戴口罩和防护眼镜。
我们所熟知的PM2.5，便是气溶胶的一种。其实气溶胶在生活中很常见，例如烟雾、雾霾、发胶、气雾型香水等。
广义上，气溶胶包括悬浮在气体中所有固体和液体颗粒，它的直径在0.001-100微米之间，比一粒米还要小数十万倍，仅凭肉眼难以观测，可以说是无形无影。
微小的气溶胶，是如何传播病毒、影响人体的呢？
黄嘉兴介绍，从物理原理看，人在说话时产生的大小飞沫，因为失去水分，尺寸降低，在一定的温度湿度下，可在空气中长时间悬浮，飘到更远的地方，造成远距离的气溶胶传播。
黄嘉兴（左一）和课题组在美国西北大学实验室中
一场“马屁”的故事至今为学界所津津乐道。
新华社曾报道过这样一则新闻，在2007年，一场严重的马流感在澳大利亚昆士兰州流行。尽管当地居民对自家爱马进行了严格的隔离措施，各马场之间依然出现了马流感传播事件——有的患病马场与健康马场之间隔有几公里远，但是健康马还是中了招。
后来，科学家在研究中发现，极有可能是因为患病马打过的响鼻，甚至放出的马屁，形成了比较可观的载着马流感病毒的气溶胶，随风飘往附近马场，最后让当地马业一落千丈。
当然，虽然潜在的气溶胶传播途径存在，病毒也不是这么容易传播的，浙大二院呼吸内科主任医师丁礼仁划下了重点：通风不好、密闭、大量、短时间，“如果病毒携带者在通风不好的密闭空间里留下了大量的病毒，短时间内仍然停留在空气中，之后进入空间的人就可能被空气中停留的病毒感染。”
对于普通人而言，在非医院环境、人群密度不高，通风良好的地方，病毒气溶胶的密度很低，尤其是没有出现过聚集性疫情的地方，不必过于担心气溶胶传染问题，室外就更不必害怕了。
“在公共场所，尤其是电梯、厕所、地铁等长期不通风的场所，必须做好最后一步气溶胶传播的阻断工作——戴口罩，普通的一次性医用外科口罩便能起到很好的防护效果。”丁礼仁提醒道。
捕获气溶胶的涂层
过去，科学家们设计了主要针对大水滴的捕水剂，用于从沙漠空气中提取水或用于农业。“我们搜索了大量的文献，但没有发现很多捕捉气溶胶液滴的工作。也许在疫情之前，人们对这种气溶胶捕获涂层没有强烈的需要。”黄嘉兴说。
从一名对病毒一无所知的材料学专家，到致力于在后方配合抗疫一线进行研究，黄嘉兴除了自学病毒学入门课本，研究医学文献外，也辗转联系了一些国内传染病专业的医生请教。
他很快意识到，对于呼吸道传染病来说，那些隐藏在呼吸道液滴里的病原体，是必须要先脱离它们原生的人体内环境，穿过物理空间才能去感染下一个人的。
黄嘉兴告诉记者，在特定条件下，气溶胶液滴在空气中可长期悬浮，当它们撞上玻璃、墙壁等环境表面时，又会弹跳回来，重新进入到空气中。
“这一下子给了我很大的鼓舞，虽然我们不是研究生物或免疫的，但是物理空间这一段，可是到了我们（物质科学）的地盘上啊！”黄嘉兴说，“就好像对付蚊子传播的疾病一样，就算不懂治病，总可以帮忙想想怎么把蚊子挡住吧？”
盯准了液滴——也就是新冠这类呼吸道疾病的传播媒介，一种名叫聚丙烯酰胺—己二酸二癸酯的高分子材料进入课题组的视野。它以亲水吸水的特性，常常出现在护发产品和化妆品的成分表中。化妆品中利用了其成膜性、胶凝性、黏合性、触变性、增稠性、悬浮性、保水性及助乳化等作用，让人的脸蛋光亮嫩滑。
“由该材料研发而得的新型涂层，不仅吸附能力强、使用便捷，干燥以后还不容易脏。”黄嘉兴说，千找万寻，没有想到能够满足设想的“物理屏障”，就在自己的身边。
黄嘉兴
这项神奇的涂层，“抓捕”气溶胶的效果究竟如何呢？
课题组用手持喷雾补水仪，作为说话时气溶胶飞沫的模拟。黄嘉兴告诉记者，通过分析落在涂有涂层的有机玻璃隔板和普通隔板上的液滴，就可以估算涂层对液滴的捕捉能力。与普通隔板相比，涂层几乎捕获了所有气溶胶。
用喷枪对着隔板上喷盐水，也能模拟人咳嗽和打喷嚏时的液滴状态。在即便液滴在比实际浓度高很多的情况下，实验中从有机玻璃屏障逃逸的液滴数量仍减少了80%。
为了使涂层适用于更多类型的表面，课题组在涂层中添加了另一种常见的化妆品成分——烷基糖苷。它由可再生资源天然脂肪醇和葡萄糖合成，是一种性能较全面的新型非离子表面活性剂，可在较大的温度范围内作较长时间的存放，同时具有增湿的功能。在该材料的帮助下，涂层在金属、木材、混凝土、纺织品等表面的应用问题迎刃而解。
“我们还考虑到现有涂层太透明了，涂在表面也看不出区别，但有些场景人们也许想看见涂层。”黄嘉兴说，给涂层加上添加剂，比如使用铜离子消毒，或者色素产生颜色，能够起到标识和消毒作用，也有效避免人们碰触到涂层。
走出舒适圈，关注社会问题
口罩，是阻断气溶胶传播的最后一步。如今，在大街小巷，佩戴口罩已经成为一种自然。
现有的口罩概念有没有可能得到改进呢？在国外工作期间，黄嘉兴课题组有了新的念头。
黄嘉兴介绍：“一般情况下，口罩被认为是‘个人’防护用品（PPE），但其实在疫情中，口罩更是公共卫生（PHE）用品。除了保护自己外，更重要的是保护周围的环境和人。这一点有微纳加工经验的科学家都能理解，他们工作时也要像传染科的医护人员一样，全副武装后才能进超净室，但目的是要防止自己给正在加工的半导体器件带来污染。”
沿着公共卫生用品这个思路，黄嘉兴课题组提出了一个新的口罩概念，他们在疏松的无纺布上用一种特殊的高分子材料，构建了一个化学修饰层，用来降低感染者呼出液滴的传染性。实验结果发现，使用仅仅10%纤维密度的医用无纺布纱布，就可以修饰20%的逃逸液滴；如果将纤维密度增加到19%，则有80%的逃逸液滴被修饰。
“我希望通过这项研究，加深人们对口罩‘公共卫生功能’的认识。也许有一天，人们会像戴眼镜一样，习惯佩戴基于口罩概念的具有公共卫生功能的个人饰物。我们只是做了一步小小的探索，肯定还有更多更聪明的研究者可以一起找出更好的办法。”黄嘉兴说。
在浙江，疫情甫一流行，省疾病预防控制中心王桢课题组便投入到战斗当中。课题组开发新冠核酸早诊试剂和全球首个新型冠状病毒灭活疫苗，对于制定早发现新型冠状病毒感染、早控制新型冠状病毒流行等关键防控措施具有重要意义。
黄嘉兴告诉记者，他尤为欣赏亚洲地区物质科学方面的同行们。除了国内，还有新加坡科技局材料与工程研究院当前正在开发的基于室内植物的气溶胶清除系统，以及南阳理工学院的新冠呼吸检测系统，被试者只需要轻轻呼吸，便能在几分钟内了解自己相关指标阳性与否。这恰好与他在气溶胶液滴的研究不谋而合，“如果最终能成功，并得到实战检验，对目前的疫情、复工复学和平时的公共卫生管理是很有用的工具。”
黄嘉兴课题组在密歇根湖畔
就在去年，徜徉在密歇根湖畔，黄嘉兴课题组一边学习病毒学的知识，一边琢磨自己所了解的材料科学能在其中发挥什么作用。一轮又一轮头脑风暴之后，思路逐渐清晰，想法也越来越多。
他们联合了中国九位生医材料、新冠检测、临床诊治、重症救治和公共卫生方面的专家，起草了一份倡议书，鼓励物质科学和工程方面的科学家主动思考与疫情相关的科学问题。这封倡议书在武汉解封的那一天正式发表在美国化学会的《ACS NANO》期刊上，一石激起千层浪，至今还激励着国内外许多科学家。
下一步，通过监管机构批准后，黄嘉兴课题组希望与志愿者合作，检验他们的涂层对真实呼吸道气溶胶的去除作用。他呼吁更多领域的年轻人加入进来，在西湖大学进行更加深入的研究。
“抗击像新冠这样的呼吸道传染病疫情，医学和公卫在最前线，我们在后方除了积极配合之外，也应该走出自己的舒适圈，打破学科壁垒，交叉研究，为抗疫的大局和未来的应对策略研究办法。”黄嘉兴说。
来源：浙江新闻客户端
责编：叶 扬
美编：郑娜莉
一审：周 赟
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