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拉曼光譜鎖定病毒死穴,，氮化硅陶瓷革新疾控消殺
流感病毒變異難測(cè)，傳統(tǒng)消殺手段遭遇瓶頸,？公共衛(wèi)生防控迎來(lái)革命性突破,！ 日本科研團(tuán)隊(duì)在《RSC Chemical Biology》發(fā)布重磅成果：一種基于氮化硅陶瓷的全新抗病毒策略，僅需10分鐘即可100%滅活A(yù)/B型流感病毒,，且對(duì)人體零毒性,！這項(xiàng)技術(shù)有望改寫(xiě)呼吸道傳染病防控格局——從醫(yī)用防護(hù)裝備到公共場(chǎng)所消殺，“接觸即滅活"的疾控新時(shí)代即將開(kāi)啟,。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)直擊：
研究者將A型（H1N1,、H3N2）和B型流感病毒浸泡在含2.5%氮化硅的水溶液中，僅1分鐘滅活82%病毒,，5分鐘滅活98%,，10分鐘清零！顯微鏡下,，病毒顆粒像被“磁鐵吸住"般黏附在陶瓷表面,，隨后結(jié)構(gòu)崩解。
“捕獲-擊殺"雙機(jī)制：
1.靜電捕獲：氮化硅表面帶負(fù)電的硅羥基（≡Si-OH）模擬人體細(xì)胞表面的唾液酸受體,，誘騙病毒HA蛋白“上鉤",。
2.化學(xué)絞殺：氮化硅遇水釋放氨氣（NH?）和氮自由基,，病毒像被潑了“強(qiáng)堿+毒氣彈"
?RNA粉碎：嘌呤堿基環(huán)斷裂，遺傳物質(zhì)報(bào)廢,；
?蛋白癱瘓：甲硫氨酸氧化“生銹",，酪氨酸去質(zhì)子化，質(zhì)子通道M2被“鎖死",。
圖1.
圖(a) HA/硅醇鎖定的示意圖,，即提議的“捕獲"機(jī)制，以及在病毒體/固體界面產(chǎn)生氨氣和氨離子的水解洗脫,，伴隨著強(qiáng)烈的環(huán)境堿化和氮自由基的形成,，即提議的“殺死"機(jī)制。在(b)中,，展示了病毒脂質(zhì)包膜（含HA）與核衣殼RNP相鏈接的M1蛋白的示意圖,。(c)中形成蛋氨酸亞砜的氧化反應(yīng)。(d)和(e)中的示意圖分別顯示了在堿性和酸性環(huán)境中AM2通道中的色氨酸41和組氨酸37殘基的分子構(gòu)象,。
病毒死因全記錄---納米級(jí)“分子法醫(yī)"
如何解碼病毒末日,？
研究團(tuán)隊(duì)借助高分辨拉曼光譜儀，如同手持“分子顯微鏡",，對(duì)病毒展開(kāi)了一場(chǎng)納米級(jí)的“尸檢",。如圖2所示，通過(guò)掃描600–1800 cm?1光譜區(qū)間,，他們捕捉到病毒從結(jié)構(gòu)崩壞到功能瓦解的全過(guò)程,，每一處分子損傷都化為“死亡信號(hào)"。
圖2.
在600–1800 cm-1的波數(shù)區(qū)間內(nèi)記錄的三種病毒菌株的平均拉曼光譜（a）在暴露于2.5 vol% Si3N4的水溶液中10分鐘之前（未處理）和（b）之后（Si3N4處理后）,。所研究的光譜區(qū)間分為六個(gè)區(qū)域（標(biāo)記為區(qū)域I–VI）,，在這些區(qū)域中收集了高分辨率光譜，以揭示特定的振動(dòng)特征,。
RNA的“無(wú)聲崩潰"：
在未處理的病毒中,，738cm?1和965cm?1的拉曼峰清晰可見(jiàn)，分別對(duì)應(yīng)腺嘌呤環(huán)的呼吸振動(dòng)和鳥(niǎo)嘌呤五元環(huán)的變形振動(dòng),。然而,，當(dāng)病毒接觸氮化硅10分鐘后，鳥(niǎo)嘌呤的“生命信號(hào)"消失——965 cm?1峰消失,，取而代之的是1727 cm?1和1742 cm?1處的雙峰,，如圖3所示，這兩個(gè)新峰正是鳥(niǎo)嘌呤氧化產(chǎn)物FapyGua的“死亡證明",，標(biāo)志著RNA的嘌呤環(huán)被氮自由基撕裂,，病毒遺傳代碼化為碎片。
圖3.
原文中圖4,、5和9中去卷積光譜提取的帶成分分別顯示在(c),、(d)和(e)中,，未處理的樣品，以及(f),、(g)和(h)中分別顯示了Si3N4暴露的A H1N1、A H3N2和B98,。
蛋白質(zhì)的“結(jié)構(gòu)性謀殺"：
病毒表面的甲硫氨酸先行,。如圖4所示，原本在653 cm?1處穩(wěn)定的C-S鍵信號(hào)強(qiáng)度暴跌40%,，而在662 cm?1和725 cm?1處突現(xiàn)新峰,，揭示硫原子被氧化為亞砜結(jié)構(gòu)。更致命的是,，1043 cm?1處的S=O伸縮振動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度激增10倍,，如同“氧化鐵銹"般覆蓋了病毒蛋白的活性位點(diǎn)。標(biāo)志性的酪氨酸雙峰（850/820 cm?1）發(fā)生劇變——雙峰強(qiáng)度比（I???/I???）從初始的0.8飆升至2.1,，同時(shí)在842 cm?1處驚現(xiàn)酪氨酸陰離子的特征峰,。這組數(shù)據(jù)如同一份“pH檢測(cè)報(bào)告"，實(shí)錘病毒表面環(huán)境從酸性（pH≈4）被氮化硅強(qiáng)行拉升至強(qiáng)堿性（pH＞9）,，導(dǎo)致蛋白電荷失衡,、結(jié)構(gòu)塌縮。在氮化硅攻擊下,，色氨酸的吲哚環(huán)遭遇毀滅性打擊,。752 cm?1處的環(huán)呼吸振動(dòng)峰消失，而1546 cm?1處的C2=C3雙鍵峰位移至1550 cm?1,，側(cè)鏈扭轉(zhuǎn)角（χ2,1）從60°擴(kuò)大至85°,。此時(shí)的色氨酸不再是質(zhì)子通道的“守門(mén)員"，反而成了病毒膜結(jié)構(gòu)的“斷裂帶",。
圖4.
(b),、(c)和(d)左側(cè)分別繪制了未處理的A H1N1、A H3N2和B98菌株從第一區(qū)光譜中提取的帶成分,；在(b),、(c)和(d)右側(cè)分別繪制了暴露于Si3N4的A H1N1、A H3N2和B98菌株從第一區(qū)光譜中提取的C-S帶成分,。
M2質(zhì)子通道的“鎖死"
病毒賴以生存的M2質(zhì)子通道在堿性環(huán)境下癱瘓,。拉曼光譜顯示，1638 cm?1處質(zhì)子化組氨酸（His37）的咪唑環(huán)信號(hào)強(qiáng)度驟降60%,，而1584 cm?1處非質(zhì)子化π-互變異構(gòu)體信號(hào)顯著增強(qiáng),。此時(shí)的通道不再是“離子高速公路"，而是被堿性環(huán)境焊死的“分子牢籠"——病毒失去調(diào)節(jié)內(nèi)部pH的能力,，復(fù)制引擎熄火,。
時(shí)間線復(fù)原：10分鐘滅活全記錄
第1分鐘：甲硫氨酸C-S鍵信號(hào)開(kāi)始混亂,，硫醚鍵氧化啟動(dòng)；
第5分鐘：酪氨酸雙峰比突破1.5,，表面pH突破9.0,，蛋白電荷網(wǎng)絡(luò)崩潰；
第10分鐘：鳥(niǎo)嘌呤特征峰消失,，F(xiàn)apyGua氧化峰達(dá)到峰值,，RNA復(fù)制功能癱瘓。
拉曼技術(shù)：疾控戰(zhàn)場(chǎng)的“智能指揮官"
在這場(chǎng)“陶瓷革命"中,，拉曼光譜不僅是科研工具,，更是全鏈條質(zhì)控核心。
生產(chǎn)端：在線拉曼監(jiān)測(cè)氮化硅粒徑,、表面羥基密度,，確保每批材料滅活效能穩(wěn)定；
應(yīng)用端：便攜式拉曼儀5分鐘識(shí)別環(huán)境病毒種類(lèi),，觸發(fā)氮化硅智能釋放系統(tǒng),；
驗(yàn)證端：建立“抗病毒光譜數(shù)據(jù)庫(kù)"，通過(guò)AI比對(duì)病毒損傷特征,，動(dòng)態(tài)優(yōu)化消殺策略,。
研究者展望：“想象一下，拉曼傳感器+氮化硅涂層=病毒的‘天羅地網(wǎng)’,。這不是科幻,，而是下一代疾控系統(tǒng)的標(biāo)配。"
結(jié)語(yǔ)：拉曼光譜像一臺(tái)分子攝像機(jī),，不僅拍下了病毒‘’死亡直播‘’,，還解碼了氮化硅的‘’殺人手法‘’——這不是簡(jiǎn)單的消殺，而是一場(chǎng)精準(zhǔn)的‘’納米級(jí)手術(shù)‘’,，從基因到蛋白,，刀刀致命。
CVRam HR300
寬場(chǎng)高分辨顯微共聚焦拉曼光譜儀
顯微共聚焦拉曼是一種先進(jìn)的光譜成像技術(shù),。CVRam HR300 結(jié)合了共聚焦顯微鏡和拉曼光譜儀的功能,，能夠提供高分辨率和非破壞性的化學(xué)成分分析。該技術(shù)適用于各種領(lǐng)域,，如材料科學(xué),、生命科學(xué)和藥物研發(fā)。它可以實(shí)時(shí)獲取樣品表面的化學(xué)信息,，包括分子結(jié)構(gòu)和成分分布,。顯微共聚焦拉曼具有高靈敏度和高空間分辨率，可用于表征微區(qū)域的復(fù)雜樣品,。
參考文獻(xiàn)：
G. Pezzotti, Y. Yasukochi, E. Ohgitani et al., RSC Chem. Biol., 2025, 6, 182–208,DOI: 10.1039/d4cb00237g
