緬因大學和馬薩諸塞大學阿默斯特分校的研究人員設計了新的液體涂層空氣過濾器，可以更好地早期檢測和分析空氣中的細菌和病毒，包括導致COVID-19的細菌和病毒。

雖然傳統的空氣過濾器有助于控制疾病在醫院和交通樞紐等公共場所的傳播，但它們很難讓捕捉到的病原體存活下來進行測試。這種效率低下會抑制科學家早期識別生物威脅的能力，從而阻礙任何應對和保護措施。

由UMaine生物醫學工程副教授Caitlin Howell領導的研究團隊開發了一種帶有液體層的復合膜，用于過濾，更適合捕捉存活的細菌和病毒樣本進行分析。豬籠草有一個光滑的邊緣和內壁，可以讓昆蟲掉下來，困在它的消化液中。研究人員模仿豬籠草的膜，通過保持捕獲的細菌和病毒可用于檢查，他們的新型液體涂層空氣過濾器可以加強空氣采樣工作，早期病原體檢測和國家安全的生物監測。

研究人員開發了多種含有液體涂層膜技術的過濾器，并測試了它們保存和釋放大腸桿菌、SARS-COV-2、以及攻擊中樞神經系統的JC多瘤病毒的能力。他們特別發現，與沒有液體涂層的過濾器相比，有液體涂層的高效微粒空氣過濾器(HEPA)捕獲了更多空氣中的病原體。研究小組在《ACS Applied Materials & Interfaces》雜志上發表了他們的發現。

“在大流行的早期階段，我們實時觀察到有多少問題是由沒有人知道空氣傳播的病毒在哪里和不在哪里引起的。我們有一個可以開始解決這一需求的系統，所以我們有責任站出來提供幫助，”Howell說。

“我認為，對于我們的病人和我們作為護理人員來說，這項技術將給我們信心，讓我們在進行護理時更安全，”東區緊急醫療研究所的醫學主任Robert Bowie博士說。“知道我們已經改善了環境安全，這讓我們更容易離開我們所愛的人，去工作照顧別人。”

該項目是橫跨生物醫學工程、化學工程和微生物學領域的重大跨學科努力。UMaine生物醫學工程團隊包括第一作者和Susan J. Hunter總統獎得主Daniel Regan，生物醫學科學研究生院工程(GSBSE)博士生Chun Ki Fong和前碩士生Justin Hardcastle。由副教授Melissa Maginnis領導的微生物學團隊包括分子和生物醫學科學博士生Avery Bond，以及當時大學廢水分析實驗室助理Claudia Desjardins。麻省大學阿默斯特分校的化學工程團隊由Jessica Schiffman教授和博士生Hung Shao-Hsiang組成。

Regan于2019年3月首次向他的論文委員會提出了液體涂層空氣過濾器的最初概念，以捕獲含有細菌的氣溶膠，這是基于與軍事研究人員的對話，以及對醫療后送過程中檢測潛在污染的擔憂。他還在2020年UMaine學生研討會上發表了題為“優化液體門控膜用于生物氣溶膠捕獲和釋放”的演講，該演講為他贏得了Susan J. Hunter博士總統研究影響獎。

Howell、Maginnis、Schiffman和Holmes意識到這也適用于COVID-19大流行早期的含病毒氣溶膠，并申請了美國國家科學基金會的資助，這一概念得到了進一步發展和完善。2020年，該項目獲得了22.5萬美元的NSF EAGER獎，這是一項早期概念贈款，用于支持“未經測試但可能具有變革性的研究想法或方法”。

Regan說:“COVID-19不斷提醒人們，生物監測能力為決策者提供了重要作用，可以為減少生物風險提供詳細信息。僅在去年一年，世界就經歷了后果嚴重的病原體，包括猴痘的爆發、蘇丹埃博拉病毒的死灰復燃以及呼吸道合胞病毒感染(RSV)的大量病例。對病原體早期預警的需求非常大，我們希望對液體涂層空氣過濾器的進一步投資可以幫助提高氣溶膠檢測的生物監測能力。”

Daniel P. Regan, ChunKi Fong, Avery C. S. Bond, Claudia Desjardins, Justin Hardcastle, Shao-Hsiang Hung, Andrew P. Holmes, Jessica D. Schiffman, Melissa S. Maginnis, Caitlin Howell. Improved Recovery of Captured Airborne Bacteria and Viruses with Liquid-Coated Air Filters. ACS Applied Materials & Interfaces, 2022; 14 (45): 50543