天然伊利石通过吸附驱动的物理隔离抑制病毒感染：一种可持续的广谱抗病毒材料

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Inhibition of Viral Infection via Adsorption-Driven Physical Sequestration by Natural Illite: A Sustainable, Broad-Spectrum Antiviral Material

　　

由包括地方性流行的严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）在内的多种常见气溶胶传播呼吸道病原体驱动的空气传播病毒风险日益增加，加剧了对可持续抗病毒材料的需求，这些材料适用于整合到环境感染控制技术中。本研究调查了天然云母型粘土矿物伊利石（illite）对多种核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）病毒（包括包膜和非包膜类型）的广谱抗病毒活性。研究人员在短期涡旋和长期振荡条件下评估了伊利石对12种病毒物种的效果。伊利石有效降低了所有测试病毒的可检测感染性，无论基因组类型或包膜状态如何。具体而言，麻疹病毒（MeV）和人类呼吸道合胞病毒（RSV）最敏感，而猪流行性腹泻病毒（PEDV）最不敏感。在伊利石无颗粒上清液中未检测到抗病毒活性，表明病毒颗粒与伊利石表面之间直接界面相互作用的必要性，并确认不存在任何活性细胞毒性或杀生物浸出。场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）分析表明单纯疱疹病毒1型（HSV-1）颗粒粘附在伊利石表面。抗病毒活性可能与伊利石结构上带负电位点（如平面和磨损边缘位点）介导的物理化学吸附有关，这些位点可能有助于与带正电的病毒区域发生静电相互作用。这些发现表明伊利石是一种有前途的被动型矿物基抗病毒工具，可用于空气过滤和表面涂层等应用。尽管这项研究仅限于实验室规模研究，但伊利石的潜在生物安全性和广谱活性值得进一步研究，以改善环境卫生和公共卫生韧性。

**研究背景与意义**
空气传播病毒（如地方性流行的严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2））的传播风险增加，迫切需要可持续抗病毒材料用于环境感染控制。现有材料（如金属氧化物纳米颗粒）存在成本高、潜在生物毒性等问题。天然伊利石（illite）作为一种云母型粘土矿物，具有负电荷、非膨胀结构和稳定的层状硅酸盐特性，可能通过物理吸附捕获病毒，但此前缺乏对其广谱抗病毒活性的系统研究。研究人员系统评估了伊利石对12种核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）病毒（包括包膜和非包膜类型）的抗病毒活性，发现其通过吸附驱动的物理隔离机制有效降低感染性，且无细胞毒性。该研究为开发可持续、安全的矿物基抗病毒材料提供了基础，论文发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

**关键方法**
研究人员利用颗粒粒度分析（PSA）、Zeta电位测量、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、X射线衍射（XRD）和电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）表征伊利石的理化性质。采用三种预处理方法（上清液仅、简单涡旋、过夜振荡）评估抗病毒活性，通过测定细胞活力计算半数有效浓度（EC50）。利用FE-SEM观察HSV-1颗粒在伊利石表面的吸附。伊利石样品来自韩国忠清北道永同郡的矿床。

**研究结果**
**3.1 伊利石的物理化学表征**
通过PSA、Zeta电位、FE-SEM、XRD和ICP-OES分析，发现伊利石颗粒的D90（90%颗粒的粒径小于该值）为27.89 μm，Zeta电位约为-25 mV（在乙醇中），显示负电荷表面。FE-SEM显示片层形态，XRD确认主要矿物相为伊利石，含石英和钠长石杂质，d间距10.0 ?表明非膨胀结构，层间钾离子（K⁺）防止水分子插入。

**3.2 化学安全性与细胞毒性**
ICP-OES未检测到重金属元素，细胞毒性实验显示所有测试细胞系（MDCK、Vero、Mv1Lu、A549、HEp-2）在伊利石上清液处理下活力无下降，表明伊利石不释放可溶性有毒成分，具有良好的生物安全性。

**3.3 伊利石-病毒预处理降低流感病毒感染性**
对A/PR/8/34（H1N1）病毒，上清液仅处理无抗病毒活性，简单涡旋和过夜振荡均剂量依赖性降低感染性，过夜振荡增强效果（EC50 5.782 mg/mL vs 12.697 mg/mL）。对其他流感病毒（A/CA/04/09（H1N1）、A/PH/2/82（H3N2）、A/Kor/CN2/09（H5N2）、B/Seoul/32/11）同样有效，过夜振荡大多提升效果，表明直接接触和时间依赖性吸附是关键。

**3.4 伊利石-病毒预处理有效降低其他包膜和非包膜RNA病毒感染性**
对猪流行性腹泻病毒（PEDV）、人类冠状病毒OC43（HCoV-OC43）、麻疹病毒（MeV）、呼吸道合胞病毒A2（RSV-A2）和肠道病毒71（EV71）均剂量依赖性降低感染性。MeV和RSV-A2最敏感（EC50 <0.781 mg/mL），PEDV最不敏感（EC50 27.283–38.690 mg/mL）。差异归因于病毒表面糖蛋白的大小和密度：冠状病毒的刺突蛋白较大且糖基化程度高，造成空间位阻；而MeV和RSV-A2的蛋白较小，利于吸附。

**3.5 伊利石-病毒预处理诱导包膜和非包膜DNA病毒抗病毒活性**
对单纯疱疹病毒1型（HSV-1）和人类腺病毒5型（HAd5）均有效，过夜振荡增强HSV-1效果（EC50 1.138 mg/mL vs 1.613 mg/mL）。FE-SEM图像显示HSV-1颗粒附着在伊利石表面，证实物理吸附。机制为伊利石负电荷平面及磨损边缘位点与病毒正电区域发生静电吸附，从而隔离病毒。

**讨论与结论**
讨论部分指出，抗病毒活性源于物理化学吸附，而非释放杀生物成分，这与无细胞毒性结果一致。不同病毒敏感性差异受表面结构影响，延长接触时间利于吸附。伊利石在空气过滤和表面涂层等环境应用中具有潜力，但需进一步研究捕获病毒的最终命运（如释放后感染性）及长期性能。结论部分：本研究表明，天然云母型粘土矿物伊利石可对多种RNA和DNA病毒（无论是否包膜）提供广谱抗病毒活性，包括呼吸道病原体（甲型流感病毒（IAV）、乙型流感病毒（IBV）、HCoV-OC43、MeV、RSV-A2、HAd5）和肠道/皮肤趋向病毒（PEDV、EV71、HSV-1）。直接物理接触及延长相互作用时间降低病毒感染性，机制可能涉及伊利石层状硅酸盐结构和表面性质促进的强健物理化学吸附，有效隔离病毒粒子。伊利石不释放活性毒性成分，在体外条件下安全性高。尽管为实验室规模研究，该结果为探索天然伊利石作为抗病毒材料提供了基础，未来需评估其耐久性、可重复使用性和实际环境性能。