劉若錦，甄曉蘭，邢娣娣，劉 華，胡 健，齊佳鈺，秦 青，李 揮

（河北省藥品醫(yī)療器械檢驗(yàn)研究院，石家莊 050227）

0 引言

新型冠狀病毒（severe respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）屬于β-冠狀病毒科，是2019新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）的病原體[1]。SARS-CoV-2可以無(wú)癥狀傳播、潛伏期長(zhǎng)、感染致死率高，對(duì)公共衛(wèi)生的威脅日益嚴(yán)重，已對(duì)全球經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重破壞[2-3]。

SARS-CoV-2與2002年發(fā)現(xiàn)的冠狀病毒（SARScoronavirus，SARS-CoV）和2012年發(fā)現(xiàn)的中東呼吸綜合征冠狀病毒（Middle East respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV）[4]具有序列相似性和結(jié)構(gòu)同源性。但與其他2種病毒[5]相比，SARS-CoV-2的傳播率明顯更高，其癥狀的嚴(yán)重程度從輕度或中度呼吸系統(tǒng)疾病到產(chǎn)生急性呼吸系統(tǒng)綜合征不等[6]。醫(yī)學(xué)專(zhuān)家確診SARS-CoV-2需要“高度依賴(lài)診斷法”[7]。而具有一定傳染性的無(wú)癥狀感染者和“德?tīng)査薄皧W密克戎”等新型變異株的出現(xiàn)使疫情形勢(shì)更加嚴(yán)峻。早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療是控制SARS-CoV-2傳播的有效途徑[8]。

納米科技的興起可追溯到20世紀(jì)中期，目前已被應(yīng)用于生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)、藥物傳遞、傳感器和DNA標(biāo)記等領(lǐng)域[9]。這項(xiàng)尖端技術(shù)不僅具有提供新的診斷、治療和防護(hù)等方法的巨大潛力，還可以改進(jìn)多種傳統(tǒng)的方法以抗擊COVID-19疫情（如圖1所示）[10]。以下將總結(jié)納米技術(shù)在COVID-19診斷、治療和防護(hù)等方面的一些最新進(jìn)展，并分析納米技術(shù)在安全性、生產(chǎn)成本和監(jiān)管等方面所面臨的挑戰(zhàn)。

圖1 納米技術(shù)在抗擊COVID-19疫情中的應(yīng)用示意圖[10]

1 COVID-19診斷領(lǐng)域

有效診斷是COVID-19早期預(yù)后的必要條件。由納米材料驅(qū)動(dòng)的新興納米-生物傳感器的快速診斷可以有效進(jìn)行SARS-CoV-2的早期檢測(cè)[11-12]。

1.1 納米-生物傳感器

生物傳感器是一種可以感知多種生物分子的測(cè)量設(shè)備，廣泛應(yīng)用于細(xì)菌、病毒等臨床相關(guān)病原體的檢測(cè)。其主要由3個(gè)部分組成：（1）用于感知刺激的探測(cè)器；（2）將刺激轉(zhuǎn)換為可測(cè)量信號(hào)的傳感器；（3）能以適當(dāng)?shù)男问椒糯蠛惋@示結(jié)果的輸出系統(tǒng)。納米技術(shù)和微型納米-生物傳感器的發(fā)展大大促進(jìn)了診斷技術(shù)的進(jìn)步[13]。

1.1.1 電化學(xué)納米-生物傳感器

電化學(xué)納米-生物傳感器是利用納米材料修飾電極表面測(cè)量電化學(xué)系統(tǒng)中電流、電勢(shì)或阻抗的。在電化學(xué)-生物傳感器中，納米生物材料可以通過(guò)吸附、共價(jià)附著或包封在可滲透導(dǎo)電聚合物或交聯(lián)試劑的涂層內(nèi)直接固定在電極上[14]。

基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管（field-effect transistor，F(xiàn)ET）的生物傳感設(shè)備使用少量分析物即可進(jìn)行高靈敏度和瞬時(shí)測(cè)量[15]。Seo等[12]報(bào)道了一種基于FET的納米-生物傳感器，可用于檢測(cè)臨床樣本中的SARSCoV-2。該傳感器將SARS-CoV-2刺突抗體偶聯(lián)到石墨烯片上，以石墨烯片作為傳感區(qū)域（如圖2所示），可以分別檢測(cè)到磷酸鹽緩沖液中1 fg/mL和臨床保存介質(zhì)中100 fg/mL的SARS-CoV-2。此外，F(xiàn)ET納米-生物傳感器在培養(yǎng)液和臨床樣品中成功檢測(cè)到SARS-CoV-2，檢出限分別為1.6×101PFU/mL和2.42×102copies/mL。因此，該功能化石墨烯傳感器可以為臨床樣本提供簡(jiǎn)單、快速、高反應(yīng)性的SARSCoV-2檢測(cè)，無(wú)需樣品預(yù)處理或標(biāo)記。

圖2 COVID-19 FET傳感器操作流程示意圖[12]

一種基于碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管（carbon nanotube field-effect transistor，CNT-FET）的快速（2~3 min）、低成本、可定量的電化學(xué)納米-生物傳感器已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，可以數(shù)字化檢測(cè)唾液樣本中的SARS-CoV-2 S1抗原[16]（如圖3所示）。Zamzami等[16]使用1-吡啶丁酸琥珀酰亞胺酯對(duì)碳納米管表面進(jìn)行表面修飾后，通過(guò)非共價(jià)作用將SARS-CoV-2 S1抗體固定在碳納米管表面，然后將碳納米管打印在Si/SiO2表面上，制得生物傳感器。所研制的CNT-FET電化學(xué)納米-生物傳感器的檢出限為4.12 fg/mL，表現(xiàn)出高選擇性（對(duì)SARS-CoV-2 S1或MERS-CoV S1抗原無(wú)反應(yīng)）。該電化學(xué)納米-生物傳感器檢測(cè)靈敏度高、耗時(shí)短，可作為快速檢測(cè)患者唾液中SARS-CoV-2 S1抗原的有效平臺(tái)。

圖3 CNT-FET生物傳感器示意圖及SARS-CoV-2 S1抗原檢測(cè)步驟[16]

為了提高電化學(xué)生物傳感器的靈敏度，納米材料經(jīng)常被用作信號(hào)放大器，如石墨烯和金納米顆粒（Au nanoparticles，AuNPs）[17]。Roberts等[18]制備的氟摻雜錫氧化物（fluorine doped tin oxide，F(xiàn)TO）電極/AuNPs復(fù)合物能夠與SARS-CoV-2刺突S1抗體結(jié)合，以循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法測(cè)量響應(yīng)值來(lái)測(cè)定SARSCoV-2刺突S1抗原（如圖4所示）。將抗體涂覆在聚乙二烯二氟化物膜上，AuNPs在其表面進(jìn)行沉積。而抗體的取向和極性對(duì)電極表面的電子轉(zhuǎn)移起著至關(guān)重要的作用。試驗(yàn)表明，所制備的電極與其他病毒無(wú)交叉反應(yīng)，10 s內(nèi)反應(yīng)完全，儲(chǔ)存保質(zhì)期可達(dá)4周。采用這種電極開(kāi)發(fā)的生物傳感器還可以直接用于臨床患者的唾液樣本，其檢出限為1.20×10-13mol/L。這種生物傳感器可作為一種非侵入性診斷工具，用于快速、靈敏檢測(cè)臨床樣本中的SARS-CoV-2抗原，且成本相對(duì)較低，易于制造，在微型化以及檢測(cè)其他病毒方面也顯示出巨大的潛力。

圖4 用AuNPs/SARS-CoV-2刺突S1抗體修飾的電化學(xué)免疫傳感器檢測(cè)SARS-CoV-2刺突S1抗原[18]

1.1.2 光熱納米-生物傳感器

光學(xué)納米傳感技術(shù)是利用分子識(shí)別元件與待測(cè)物特異性結(jié)合過(guò)程中產(chǎn)生的光熱信號(hào)，并通過(guò)換能器與信號(hào)放大裝置處理信號(hào)實(shí)現(xiàn)待測(cè)物的測(cè)量分析[14]。表面等離子共振（surface plasmon resonance，SPR）是將表面等離子體技術(shù)應(yīng)用到光子學(xué)領(lǐng)域而發(fā)展出來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，也被應(yīng)用于生物傳感器[19]。

一種結(jié)合等離子體光熱（plasma photothermal，PPT）效應(yīng)和局部表面等離子體共振（local surface plasmon resonance，LSPR）傳感轉(zhuǎn)導(dǎo)的雙功能等離子體生物傳感器為COVID-19的臨床診斷提供了一種有效的方案[20]（如圖5所示）。具有互補(bǔ)DNA受體功能的二維金納米島（Au nano island，AuNIs）可以通過(guò)核酸雜交對(duì)SARS-CoV-2中所選序列進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)在AuNIs芯片上進(jìn)行等離子體共振使等離子體產(chǎn)生熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的傳感性能。并且局部PPT加熱能夠提高原位雜交的溫度，這有利于準(zhǔn)確鑒別2個(gè)相似的基因序列。值得注意的是，雙功能LSPR生物傳感器對(duì)特定的SARS-CoV-2序列具有高靈敏度，檢測(cè)限低至0.22×10-12mol/L，可以精確檢測(cè)多基因混合物中的特定目標(biāo)物。該研究為熱等離子體增強(qiáng)技術(shù)在核酸檢測(cè)和病毒性疾病診斷中的應(yīng)用提供了新的思路。

圖5 雙功能PPT增強(qiáng)LSPR生物傳感系統(tǒng)原理示意圖和實(shí)驗(yàn)裝置[20]

1.1.3 磁性納米-生物傳感器

量子點(diǎn)是一種半導(dǎo)體納米晶體，其物理、光學(xué)和電學(xué)特性遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有有機(jī)熒光染料，具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、熒光壽命長(zhǎng)和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的熒光標(biāo)記探針，已被開(kāi)發(fā)用于生物傳感器領(lǐng)域[14]。

納米金剛石（nanodiamonds，NDs）的氮空位（Nitrogen vacancy，NV）中心具有高空間分辨力[21]，可以作為量子點(diǎn)材料。Li等[22]構(gòu)建了一種基于NDs的NV中心的量子傳感器，通過(guò)磁性分子釓（Gd）將SARSCoV-2 RNA轉(zhuǎn)換為磁噪聲信號(hào)來(lái)進(jìn)行COVID-19的診斷（如圖6所示）。首先，將陽(yáng)離子聚合物包覆在NDs表面，例如聚乙烯亞胺（polyethyleneimine，PEI）可以與病毒DNA（coronavirus DNA，c-DNA）結(jié)合形成復(fù)合物。磁性分子Gd3+配合物可被結(jié)合，形成雜化的c-DNA-DOTA-Gd3+。由于PEI和c-DNA-DOTAGd3+之間的靜電作用，Gd3+會(huì)傾向于位于NDs表面，靠近NV中心，從而有效地增加NV自旋所需要的磁噪聲強(qiáng)度，并影響淬火時(shí)間。通過(guò)評(píng)估該傳感器的性能發(fā)現(xiàn)，該傳感器檢測(cè)速度快，假陰性率低于1%，且靈敏度比目前最先進(jìn)的逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（reverse transcription-polymerase chain reaction，RT-PCR）的診斷方法要低很多。因此，該量子點(diǎn)傳感器可應(yīng)用于SARS-CoV-2的檢測(cè)，并可推廣應(yīng)用于其他RNA病毒的診斷。

圖6 NDs的磁噪聲淬火機(jī)理[22]

1.2 新型納米-生物傳感器

利用病毒蛋白構(gòu)建納米-生物傳感器件，已經(jīng)被成功用于新型生物傳感器中[23]。

目前，環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增（loop-mediated isothermal amplification，LAMP）技術(shù)結(jié)合新型生物傳感器已經(jīng)用于COVID-19的診斷[24]。Zhu等[25]設(shè)計(jì)了一種多重逆轉(zhuǎn)錄環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增（multiplex reverse transcription loop-mediated isothermal amplification，mRT-LAMP）結(jié)合納米顆粒的橫向流動(dòng)生物傳感器（lateral flow biosensor，LFB）（mRT-LAMP-LFB）診斷COVID-19。利用2個(gè)LAMP引物對(duì)SARS-CoV-2的ORF1ab（開(kāi)放閱讀框1a/b）和N（核蛋白）基因進(jìn)行單管反應(yīng)同時(shí)擴(kuò)增。在熒光素/地高辛和生物素標(biāo)記的引物存在下，mRT-LAMP產(chǎn)生大量熒光素/地高辛和生物素標(biāo)記的雙擴(kuò)增子，LFB通過(guò)免疫反應(yīng)（雙鏈上的熒光素/地高辛和LFB測(cè)試線(xiàn)上的抗熒光素/地高辛）和生物素/鏈霉親和素相互作用（雙鏈上的生物素和聚合酶納米粒上的鏈霉親和素）來(lái)測(cè)定。納米顆粒的累積會(huì)形成深紅色特征條帶，使ORF1ab和N基因無(wú)需儀器即可進(jìn)行多重分析。從樣品采集到最終出檢測(cè)結(jié)果可在1 h內(nèi)完成（如圖7所示）?？傊?，mRTLAMP-LFB是檢測(cè)COVID-19的一種很有前景的方法，可以在一線(xiàn)公共衛(wèi)生領(lǐng)域和臨床實(shí)驗(yàn)室診斷SARS-CoV-2感染，尤其是在資源匱乏地區(qū)應(yīng)用前景廣闊。

圖7 COVID-19 mRT-LAMP-LFB檢測(cè)流程[25]

2 COVID-19藥物治療領(lǐng)域

納米顆粒不僅可以作為藥物載體，其自身也可以作為有效的抗SARS-CoV-2藥物。納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)與靶細(xì)胞上的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）受體結(jié)合，抑制SARSCoV-2進(jìn)入細(xì)胞。例如，碳納米管通過(guò)其光熱效應(yīng)使細(xì)胞質(zhì)酸化并改變細(xì)胞溫度[26]，納米金剛石和碳點(diǎn)可以調(diào)節(jié)原代巨噬細(xì)胞的病毒復(fù)制途徑和免疫應(yīng)答[27]，這些都是一些有希望直接抑制病毒復(fù)制的納米材料。此外，納米顆粒還可以抑制細(xì)胞因子風(fēng)暴[28]。

2.1 藥物載體

基于納米材料的體積、形態(tài)和模仿人類(lèi)細(xì)胞或細(xì)胞的能力，納米技術(shù)具有促進(jìn)治療SARS-CoV-2感染的多種藥物遞送系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的潛力。納米載體在利用現(xiàn)有的抗病毒藥物、模擬細(xì)胞屏障方面用途廣泛，并且是傳遞DNA、RNA、蛋白質(zhì)和中和抗體（neutralizing antibody，Nab）等生物制品的有效工具。

2.1.1 聚合物載體體系

聚磷酸酯（polyphosphate，polyP）是一種從血小板中釋放的具有形態(tài)活性和傳遞代謝能量的聚合物。Neufurth等[29]通過(guò)將polyP封裝在二氧化硅/polyP納米顆粒中，發(fā)現(xiàn)polyP能夠有效抑制SARS-CoV-2的包膜刺突蛋白（S蛋白）與宿主細(xì)胞受體ACE2的結(jié)合（如圖8所示）。這種抑制作用歸因于polyP與S蛋白受體結(jié)合域表面的堿性氨基酸之間的相互作用。該方法為預(yù)防和治療口咽腔內(nèi)的SARS-CoV-2感染開(kāi)辟了新的治療途徑。此外，為血小板受損的COVID-19患者補(bǔ)充polyP，可能有助于增強(qiáng)人體免疫。

圖8 polyP在SARS-CoV-2病毒刺突蛋白與ACE2界面處結(jié)合示意圖[29]

SARS-CoV-2的傳染性依賴(lài)于它與靶細(xì)胞上已知或未知的蛋白質(zhì)受體的結(jié)合。Zhang等[30]通過(guò)離心方法獲得了人肺上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的細(xì)胞膜，制造了2種類(lèi)型的細(xì)胞納米海綿。這些納米海綿來(lái)自于人源細(xì)胞膜，與病毒進(jìn)入細(xì)胞依賴(lài)相同受體，是SARS-CoV-2的天然目標(biāo)物（如圖9所示）。然后，用超聲法將納米海綿包覆在乳酸-乙醇酸共聚物[Poly（lactic acidglycolic acid copolymer），PLGA]制成的聚合納米顆粒核上?；铙w評(píng)估試驗(yàn)表明，細(xì)胞納米海綿在肺中具有生物安全性。研究結(jié)果表明，SARS-CoV-2被細(xì)胞納米海綿中和，不再感染目標(biāo)細(xì)胞，細(xì)胞納米海綿對(duì)SARS-CoV-2能產(chǎn)生有效的抑制作用。

圖9 細(xì)胞納米海綿抑制SARS-CoV-2傳染性的機(jī)理示意圖[30]

2.1.2 現(xiàn)有藥物載體體系

瑞德西韋被公認(rèn)為是控制COVID-19的重要藥物之一。Novir等[31]選用碳納米管作為新型藥物傳遞載體，利用密度泛函理論（density functional theory，DFT）和時(shí)間依賴(lài)性密度泛函理論（time-dependent density functional theory，TDDFT）進(jìn)行計(jì)算，分別研究了簡(jiǎn)單碳納米管、羧基化碳納米管以及硫、鋁和硅摻雜羧基化碳納米管與瑞德西韋藥物之間的相互作用。研究結(jié)果表明，硅摻雜羧基化碳納米管具有良好的吸附能力和熱力學(xué)性質(zhì)，是瑞德西韋最佳的藥物載體體系。

2.2 納米藥物

納米藥物可以實(shí)現(xiàn)靶向給藥，有助于降低全身毒性，還可以降低疾病反復(fù)和患者依從性差的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.1 高分子納米藥物配方

上呼吸道是SARS-CoV-2進(jìn)入的主要部位，因此鼻內(nèi)黏膜免疫可能會(huì)保護(hù)機(jī)體免受SARS-CoV-2感染。研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)載N-三甲基殼聚糖（N-trimethylchitosan，TMC）的SARS-CoV-2刺突糖蛋白受體結(jié)合域（receptor binding domain，RBD）的納米顆粒（RBD-TMC nano particles，RBD-TMC NPs）具有免疫原性，是一種潛在的鼻內(nèi)疫苗[32]。Jearananiwitayakul等[32]制備的具有正電荷的納米顆粒（nano particles，NPs）粒徑小于500 nm，可以很容易地通過(guò)離子鍵沉積在帶負(fù)電荷的黏膜層上。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小鼠產(chǎn)生免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白A（IgA）的免疫反應(yīng)證明鼻內(nèi)注射RBD-TMC NPs可誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生強(qiáng)大的局部黏膜免疫（如圖10所示）。此外，小鼠還產(chǎn)生了免疫球蛋白G1（IgG1）、免疫球蛋白G2a（IgG2a）和中和抗體在內(nèi)的強(qiáng)大的全身抗體反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)了黏膜層細(xì)胞對(duì)抗原的攝取和/或抗原材料的滲透。該研究提供了一種新型給藥途徑，不僅刺激局部黏膜反應(yīng)，還刺激全身免疫系統(tǒng)，有望應(yīng)用于COVID-19的治療領(lǐng)域。

圖10 小鼠鼻內(nèi)注射評(píng)估抗體反應(yīng)的研究設(shè)計(jì)示意圖[32]

2.2.2 碳基納米藥物體系

碳納米材料毒性很低，可以通過(guò)扭曲包膜或衣殼組織來(lái)直接對(duì)抗病毒顆?；蛲ㄟ^(guò)物理占據(jù)病毒必要的酶或受體腔的催化位點(diǎn)而產(chǎn)生位阻效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)抗病毒的目的。除此之外，還可以通過(guò)對(duì)碳納米材料進(jìn)行表面修飾對(duì)病毒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接干擾，因此對(duì)COVID-19具備非常大的治療潛力。

石墨烯材料能夠通過(guò)與特異性抗體或配體的相互作用[33]、靜電相互作用[34]、吸附[35]或包裹來(lái)捕獲病原體[36]。Donskyi等[37]合成了一系列具有不同長(zhǎng)度的聚甘油硫酸酯/脂肪鏈的石墨烯衍生物，對(duì)SARS-CoV-2的抑制能力進(jìn)行了研究。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，具有長(zhǎng)烷基鏈的石墨烯衍生物通過(guò)靜電作用破壞病毒包膜抑制冠狀病毒的復(fù)制（如圖11所示），對(duì)SARS-CoV-2顯示出強(qiáng)烈的抗病毒活性，但對(duì)人類(lèi)細(xì)胞沒(méi)有明顯的毒性。因此，在很寬的濃度范圍內(nèi)，具有足夠長(zhǎng)烷基鏈的石墨烯平臺(tái)可有效抑制包膜病毒的感染，為對(duì)抗SARSCoV-2開(kāi)辟了新的治療途徑。

圖11 具有長(zhǎng)烷基鏈的石墨烯衍生物抑制SARS-CoV-2示意圖[37]

2.2.3 現(xiàn)有藥物為基礎(chǔ)的NPs新配方

納米顆粒獨(dú)特的物理性質(zhì)使其可用于改善藥物傳遞的效果[38]。Alhakamy等[39]將2種美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準(zhǔn)的藥物——西格列?。╯itagliptin，SIT）和醋酸格拉地拉默（gradamol acetate，GA）進(jìn)行納米偶聯(lián)（sitagliptingradamol acetate，SIT-GA）（如圖12所示）和配方優(yōu)化，并對(duì)COVID-19的療效進(jìn)行了評(píng)估。研究發(fā)現(xiàn)，SIT-GA納米復(fù)合物對(duì)SARS-CoV-2的半抑制濃度值顯著降低。體外實(shí)驗(yàn)表明，SIT-GA納米偶聯(lián)物對(duì)SARS-CoV-2具有抗病毒潛力。這種抗病毒活性可能依賴(lài)于SIT-GA納米偶聯(lián)物抑制蛋白酶的能力。目前正在開(kāi)展進(jìn)一步的臨床研究，以驗(yàn)證SIT-GA納米偶聯(lián)物對(duì)COVID-19的臨床療效。

圖12 優(yōu)化后的SIT-GA納米偶聯(lián)物的透射電鏡圖像[39]

據(jù)報(bào)道，在COVID-19導(dǎo)致的急性呼吸窘迫綜合征和死亡之前，有一個(gè)細(xì)胞因子風(fēng)暴引起的病毒誘導(dǎo)的超炎癥階段[28]。許多COVID-19重癥病例和死亡病例是由于免疫系統(tǒng)過(guò)度反應(yīng)，導(dǎo)致過(guò)度炎癥和巨噬細(xì)胞活化綜合征。Dormont等[40]研制出了以現(xiàn)有藥物為基礎(chǔ)的NPs的新配方，以緩解急性炎癥。首先將角鯊烯與腺苷結(jié)合，然后將其封裝在α-生育酚中制得了具有高載藥量和良好生物相容性的多藥物NPs（如圖13所示）。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將該納米藥物靶向地送到炎癥部位，從而提高內(nèi)毒素血癥動(dòng)物模型的存活率，該藥物有望應(yīng)用于COVID-19的治療領(lǐng)域。

圖13 角鯊烯/腺苷NPs自組裝的示意圖[40]

法匹拉韋（favipiravir，F(xiàn)PV）是一種嘌呤核苷類(lèi)似物，可以抑制病毒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄[41]。Tulbah等[42]開(kāi)發(fā)了一種新型的FPV霧化納米制劑，作為一種抗SARSCoV-2感染的抗病毒劑（如圖14所示）。FPV納米顆粒通過(guò)霧化局部輸送，確保藥物能夠到達(dá)感染肺部。法匹拉韋的固體脂質(zhì)NPs（favipiravir solid lipid nanoparticles，F(xiàn)PV-SLNs）采用熱蒸發(fā)法制備。采用FPVSLNs霧化法制備的粒徑為（537.6±55.72）nm的顆粒的百分比為（60.2±1.7）%，適合于吸入給藥。體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)PV-SLNs對(duì)SARS-CoV-2具有抗病毒活性，有治療COVID-19的潛力。

圖14 FPV-SLNs配方的透射電鏡照片[42]

納米乳液的小液滴尺寸為藥物的溶解和吸收提供了優(yōu)越的界面面積。Mahmoud等[43]制備了一種由10%油酸、聚山梨醇酯-20和50%丙二醇組成的山白菊提取物納米乳化自給藥藥物系統(tǒng)。經(jīng)水或水相稀釋后迅速形成A級(jí)納米乳液：液滴尺寸小，粒徑分布窄，Zeta電位最佳。研究表明，該納米乳化自給藥藥物系統(tǒng)對(duì)SARSCoV-2具有抑制作用，這種強(qiáng)效的抗病毒活性表明提取物成分之間可能存在協(xié)同作用，在未來(lái)的COVID-19的臨床研究中可作為一種有應(yīng)用前景的藥物系統(tǒng)。

氯硝柳胺（niclosamide，NCM）是一種驅(qū)蟲(chóng)藥，具有多種藥理活性。研究表明，NCM具有普遍的抗病毒活性，并能有效抑制SARS-CoV-2、SARS-CoV和登革熱等病毒的復(fù)制。然而，NCM幾乎完全不溶于水，這限制了其臨床應(yīng)用。Wang等[44]開(kāi)發(fā)了一種成本低廉的NCM脂質(zhì)納米顆粒配方：將NCM與0.1 mol/L的氫氧化鈉、甲醇和美國(guó)FDA批準(zhǔn)的賦形劑混合至藥物完全溶解后，5 min內(nèi)再用水稀釋?zhuān)缓笥?.1 mol/L的鹽酸中和。將該配方在動(dòng)物模型中進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明了NCM脂質(zhì)納米顆粒在細(xì)胞（表達(dá)E6和ACE2的肺上皮細(xì)胞）中對(duì)抗SARS-CoV-2感染的有效性，具有用于臨床治療COVID-19的潛力。

3 COVID-19防護(hù)領(lǐng)域

對(duì)COVID-19的疫情防控與檢測(cè)和治療同樣重要。納米顆粒具有抗病毒功能，可以有效地對(duì)頻繁暴露的表面進(jìn)行滅菌?？谡?、手套和個(gè)人防護(hù)裝備的消毒、透氣性和成本問(wèn)題也可以利用納米技術(shù)來(lái)解決。

3.1 防護(hù)口罩

口罩和其他個(gè)人防護(hù)設(shè)備（personal protective equipment，PPE）可作為防止病毒傳播的屏障。然而，SARS-CoV-2在各種材料上可以存活幾個(gè)小時(shí)，這使得頻繁和正確地處置這些個(gè)人防護(hù)用品非常重要。

金屬離子可以誘導(dǎo)病毒RNA水解，或者使病毒蛋白失活和降解。Gopal等[45]使用了含有鋅離子的聚酰胺66（polyamides 66，PA66）纖維，并系統(tǒng)地研究了這些纖維織成織物時(shí)是否能吸附和滅活SARSCoV-2。研究發(fā)現(xiàn)，基于PA66的織物使SARS-CoV-2的效價(jià)下降到原來(lái)的1/100。在50次以上的標(biāo)準(zhǔn)洗滌中，鋅含量和病毒滅活性能保持穩(wěn)定。因此，這種個(gè)人防護(hù)用品可以有效防止SARS-CoV-2的傳播，并為開(kāi)發(fā)可重復(fù)使用的個(gè)人防護(hù)用品提供了新的途徑。

銀納米顆粒（Ag nanoparticles，AgNPs）修飾的醫(yī)用口罩具有抗菌效果。Valdez-Salas等[46]通過(guò)電化學(xué)溶解純銀制備了5~13 nm的高分散球形AgNPs，并將其均勻地涂覆在疏水外科口罩上。該產(chǎn)品對(duì)相關(guān)的COVID-19繼發(fā)性細(xì)菌感染和白色念珠菌具有廣泛的抗菌活性，并且對(duì)H5N1顯示出有效的病毒滅活效果。還可以在醫(yī)用級(jí)外科口罩的纖維中加入AgNPs，以防止微生物的滲透和黏附。該研究為醫(yī)用紡織品口罩材料消毒提供了一種新穎、經(jīng)濟(jì)和易用的方法，有助于克服COVID-19疫情帶來(lái)的防護(hù)用品供應(yīng)鏈限制。

SARS-CoV-2的直徑為65~125 nm，因此有必要開(kāi)發(fā)更高效的口罩。El-Atab等[47]開(kāi)發(fā)了一種納米孔膜。利用這種可更換的納米孔膜實(shí)現(xiàn)了N95口罩的可重復(fù)使用，并提高了對(duì)300 nm以下顆粒（包括SARS-CoV-2）的過(guò)濾效率。首先利用氫氧化鉀蝕刻技術(shù)在絕緣體上的硅晶圓上開(kāi)發(fā)了柔性納米多孔硅基模板，然后在反應(yīng)離子蝕刻過(guò)程中使用該模板作為硬掩膜，再將該硬掩膜轉(zhuǎn)移到聚酰亞胺薄膜上。理論計(jì)算表明，該納米孔膜制備的口罩可以實(shí)現(xiàn)85 L/min以上的氣流速率，并證實(shí)了納米孔膜在各種孔徑、密度、膜厚度和壓降范圍內(nèi)的透氣性。另外，納米孔膜本質(zhì)上是疏水的，有助于防污和自清潔。

3.2 消毒劑

在SARS-CoV-2疫情中，最常用的消毒劑包括醫(yī)用酒精和含氯消毒劑。但酒精有安全隱患，含氯消毒劑對(duì)人體有刺激性。

鼠李糖脂是由銅綠假單胞菌正式產(chǎn)生的糖脂，可作為生物表面活性劑，具有廣泛的抗菌活性。Bakkar等[48]在制備出鼠李糖脂的基礎(chǔ)上，對(duì)分子組成進(jìn)行了表征。將鼠李糖脂配制成納米膠束，進(jìn)行了體外抗菌活性驗(yàn)證。此外，還對(duì)鼠李糖脂與SARS-CoV-2的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)蛋白損傷進(jìn)行了研究（如圖15所示）。研究表明鼠李糖脂具有膜滲透活性，SARS-CoV-2可能是鼠李糖脂的另一個(gè)靶點(diǎn)。因此，建議在抗擊COVID-19疫情中，選用鼠李糖脂納米膠束替代社區(qū)和衛(wèi)生保健機(jī)構(gòu)中的酒精類(lèi)洗手液。

圖15 鼠李糖脂對(duì)SAR-CoV-2包膜和刺突糖蛋白脂質(zhì)雙分子層的損傷作用示意圖[48]

等離子體活化水（plasma activates water，PAW）可以有效地滅活細(xì)菌和噬菌體，但其對(duì)冠狀病毒的作用尚未見(jiàn)報(bào)道。Guo等[49]制備出了PAW，并以帶有SARS-CoV-2 S蛋白的假病毒為模型，發(fā)現(xiàn)PAW通過(guò)使S蛋白失活而有效抑制了病毒感染。貯存30 d后，PAW仍具有較強(qiáng)的滅活作用，其滅活效果強(qiáng)于醫(yī)用過(guò)氧化氫。PAW的成本低且無(wú)殘留，具有作為一種新型消毒劑的巨大潛力。

4 討論

納米-生物傳感器具有高通量、高靈敏度和結(jié)果準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)；智能納米藥物載體有利于提高藥物的生物利用度和遞送效率；抗病毒納米顆粒有利于提高藥物的靶向抗病毒活性。此外，納米顆粒具有抗病毒的功能，在防護(hù)領(lǐng)域也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。納米技術(shù)的發(fā)展為抗擊COVID-19疫情帶來(lái)了新的希望，在COVID-19的診斷、治療和防護(hù)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。但目前的研究多數(shù)集中在實(shí)驗(yàn)室階段，尤其是對(duì)于進(jìn)入人體的納米藥物領(lǐng)域，大多未進(jìn)行相關(guān)的毒性研究和臨床試驗(yàn)，是否會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)見(jiàn)的毒副作用尚未可知。因此，對(duì)納米顆粒的毒性、穩(wěn)定性以及生物相容性進(jìn)行系統(tǒng)的考察驗(yàn)證，將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。此外，與現(xiàn)有成熟的相關(guān)技術(shù)相比，納米技術(shù)的成本較高，在一定程度上限制了其廣泛應(yīng)用。如何真正將納米技術(shù)由實(shí)驗(yàn)室引入到COVID-19疫情防控和診療中來(lái)將是未來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。最后，監(jiān)督管理部門(mén)應(yīng)盡快建立納米材料監(jiān)管體系，以適應(yīng)納米技術(shù)日新月異的發(fā)展。

相信在國(guó)內(nèi)政策的扶持下，各學(xué)科能夠更好地交叉應(yīng)用，人工智能和大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)與納米技術(shù)可以更好地融合，共同在COVID-19疫情這場(chǎng)全球衛(wèi)生危機(jī)中給出更好、更快的解決方案。