小蛛網(wǎng)，大作用！3D打印蜘蛛網(wǎng)讓病毒無處遁形，為預測傳染病搭建預警系統(tǒng)

導讀：人類在尋求技術創(chuàng)新的過程中，殊不知有時答案就藏身于大自然的設計之中。在自然界中，掛著閃閃發(fā)光的露珠的蜘蛛網(wǎng)經(jīng)常因其精致的美麗而常常受到贊賞。然而，你能想到它有可能成為檢測空氣傳播病毒的高尖端工具嗎？答案是肯定的。

2023年11月3日，南極熊獲悉，仿生創(chuàng)新領域?qū)＜摇⒏ゼ�尼亞理工大學機械工程系程江濤副教授在美國-以色列兩國科學基金會(BSF) 的資助下，程教授和他的團隊正在開發(fā)仿生技術，將蜘蛛網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍π鹿诓《竞推渌麧撛诓≡�體等有害空氣傳播顆粒的早期預警系統(tǒng)。更重要的是，他們正在使用 3D 打印來創(chuàng)建這些網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

從水滴到數(shù)據(jù)

程教授的專長在于將微米級和納米級流體與激光等光學技術相結(jié)合，以研究微量流體與光相互作用的方式。研究發(fā)現(xiàn)，由于水滴獨特的形狀和特性，可以捕獲周圍空氣中的顆粒。這些顆粒可能是從灰塵到有害細菌和病毒的任何東西。

一旦這些微小顆粒粘附或進入液滴內(nèi)部，研究團隊就會使用激光來識別它們。當激光照射到液滴時，它會在內(nèi)部反彈，獲取這些顆粒的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)就像指紋一樣，讓團隊實時了解液滴內(nèi)的內(nèi)容。

△程江濤，弗吉尼亞理工大學副教授

小蛛網(wǎng)，大作用

然而，掃描單個水滴并不實用。這就是蜘蛛網(wǎng)的用武之地。被露水覆蓋的蜘蛛網(wǎng)是多個水滴的天然載體，而蜘蛛網(wǎng)本身的絲非常適合引導程的光束。從本質(zhì)上講，蜘蛛網(wǎng)變成了一個內(nèi)置的傳感器系統(tǒng)，絲和水滴一起工作。

然而，程的團隊遇到了障礙。為了有效地檢測病毒，每個液滴中需要更多的顆粒。他們通過使用附近的電極充電并將更多顆粒吸引到網(wǎng)上來解決這個問題，從而提高檢測效率。

完美的網(wǎng)絡預警系統(tǒng)

為了使他們的愿景成為現(xiàn)實，研究團隊轉(zhuǎn)向 3D 打印。他們混合使用天然和合成材料，制作出既柔軟又耐用的仿生蜘蛛網(wǎng)。該網(wǎng)絡由柔性材料制成，內(nèi)部含有特殊液體。這種材料有助于纖維網(wǎng)絡保持其形狀并捕獲微小的水滴。為了保持纖維網(wǎng)處于良好狀態(tài)，他們使用紫外線固化內(nèi)部的液體。

打印過程包括首先創(chuàng)建一個中空的網(wǎng)殼，然后將流體注入其中，最后將其固化以確保穩(wěn)定性。這些工程網(wǎng)結(jié)構(gòu)不僅能有效地容納水滴，還能確保激光穿過結(jié)構(gòu)。

創(chuàng)建合成網(wǎng)后，下一步是分析它捕獲的粒子。該團隊與弗吉尼亞州漢普頓大學副教授強樂合作，正在開發(fā)一款智能手機應用程序來提供這些結(jié)果。這可以為有關空中威脅的即時警報鋪平道路。

程預計這項技術將得到廣泛應用，從環(huán)境保護到監(jiān)測傳染病和確保全球安全。這位專家也是弗吉尼亞理工大學流體物理實驗室的主要研究員，他指出：“由于該網(wǎng)絡是便攜式的，并且可以在住宅和周圍環(huán)境中部署，因此它在環(huán)境保護、傳染病監(jiān)測、法醫(yī)學和全球安全。每個部署的蜘蛛網(wǎng)傳感器都可以為所有人的健康和安全提供實時信息。我們期待看到它部署后的效果如何�！�

△變異病毒。圖片由牛津大學提供。

弗吉尼亞理工大學機械工程系表示：“程教授的團隊已獲得一筆資助，用于制造檢測空氣傳播病原體的蜘蛛網(wǎng)。任何害怕蜘蛛的人可能會說，蜘蛛本身都已經(jīng)附著了許多令人生厭的病菌，但不用擔心。因為研究人呀只合成了蜘蛛網(wǎng)，并沒有八足的蜘蛛�！�

快速檢測空中威脅比以往任何時候都更加重要。世界衛(wèi)生組織( WHO ) 列出了具有大流行潛力的優(yōu)先疾病清單，強調(diào)了未來空氣傳播病原體的嚴重性。最近引起全球關注的疾病是X 病，這是一種未知的病原體，可能引發(fā)毀滅性的大流行。世界衛(wèi)生組織于 2018 年 Covid-19 疫情爆發(fā)之前創(chuàng)造了這個術語。但英國疫苗工作組前主席凱特·賓厄姆最近的評論凸顯了潛在威脅的嚴重性。這位專家將 X 病的潛在影響與 1918 年毀滅性的西班牙流感進行了比較，暗示它的死亡人數(shù)可能與第一次世界大戰(zhàn)的死亡人數(shù)相當。世界衛(wèi)生組織表示，X 病可能是一種新的病毒、細菌或真菌，我們目前還沒有治愈方法。

由于埃博拉、SARS和寨卡等其他病原體也被列入世界衛(wèi)生組織的“優(yōu)先疾病藍圖清單”，成為下一次致命大流行的潛在原因，所以程教授研究的意義不容忽視。他的創(chuàng)新方法將受自然啟發(fā)的解決方案與先進技術相結(jié)合，可能成為抵御此類未來病毒威脅的關鍵防線。