2021年度成果总结—生物气溶胶方向

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点击次数:470 更新时间:2022年01月17日13:57:42 打印此页 关闭

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在组成员介绍

 

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                 宋璐,17级博士生                                                          阿里,18级博士生                                                            杜漫漫,20级博士生

  

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                       杨梓晔,21级博士生                                                        蒋冠羽,21级博士生                                              刘力铭,20级硕士生

 

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                    张媛,20级硕士生                                                       薛怡梅,21级硕士生

02

2021年研究成果


      本年度一共发表7篇论文,内容涵盖病毒及抗生素抗性基因的传播和分布特性,生物传感器以及光催化处理生物气溶胶三个方面。其中,生物气溶胶的传播相关论文3篇,生物传感器相关论文3篇,光催化相关论文1篇。

2021年12月

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题目:Portable immunobiosensor directly and rapidly detects Mycobacterium tuberculosis in sputum

作者:Jinbiao Ma, Guanyu Jiang, Qingqing Ma, Manman Du, Hao Wang, Jianguo Wu, Can Wang, Xinwu Xie, Tie Li, Shixing Chen, Lixia Zhang, Min Wu.

期刊:Analytical Methods

文章亮点:

(1)利用非接触式光响应对器件的电压条件进行了优化和测试。

(2)对实际结核患者痰液标本的浓度进行了稀释梯度优化。

(3)招募志愿者采集痰液检测并用常规检测方法进行验证。

研究内容:

      结核病(TB)仍然是一个不容忽视的公共卫生问题。结核分枝杆菌 (MTB) 的便携式高效检测对于有效控制该疾病具有重要意义。然而,目前的检测技术并不能满足实际环境中对MTB检测的要求,往往需要繁琐的检测步骤,既耗时又不灵活。在这项研究中,制备了一种用于检测痰中 MTB 的便携式免疫传感器,然后对其进行界面表征,例如扫描电子显微镜、亲水角测试和荧光表征。使用非接触式光响应对器件的源极和栅极电压进行了优化和测试。结果表明,传感器对亮度的敏感度随着源电压的降低而增加。栅极电压可以显着提高免疫传感器对蛋白质归一化电流的响应,并将信号放大至少1.6倍。还确定了源极电压 0.3 V 和栅极电压 0.1 V 的最佳电压检测条件。采用模拟唾液中的几种常见蛋白进行抗干扰试验,传感器表现出良好的特异性。最后,优化了实际结核病痰标本的稀释梯度。在未进行预处理的情况下,采用双盲实验来区分结核病患者和健康人的痰液,以缩短结核病检测时间(几分钟)。与医院常规检测方法培养相比,该方法可以在更短的时间内完成检测。本研究为结核病便携式诊断提供了一种新策略。

2021年10月

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题目:Airborne pathogenic microorganisms and air cleaning technology development: A review

作者:Lu Song, Jianfeng Zhou, Can Wang, Ge Meng, Yunfei Li, Mourin Jarin, Ziyan Wu, Xing Xie.

期刊:Journal of Hazardous Materials

文章亮点:

(1)这项调查对改善公共卫生很重要。

(2)总结了空气消毒技术的基本原理和优势。

(3)比较了不同技术的应用和能耗。

研究内容:

      论文首先总结了气载致病微生物(生物气溶胶)的发生、传播及其对公共健康的影响,系统介绍了各类空气消毒技术的原理、特点和应用情况,比较分析了不同空气消毒技术的能耗水平和适用范围。在此基础上,阐述了商品化空气净化设备的开发及应用现状。最后,论文进一步分析空气消毒技术未来的发展方向。

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图1 不同空气消毒技术微生物灭活速率常数与单位能耗的关系

2021年9月

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题目:Rapid and Sensitive Detection of Mycobacterium tuberculosis by an Enhanced Nanobiosensor

作者:Jinbiao Ma, Manman Du, Can Wang, Xinwu Xie, Hao Wang, Tie Li, Shixing Chen, Lixia Zhang, Shun Mao, Xiaohong Zhou,  Min Wu。

期刊:ACS Sensors

文章亮点:

(1)首次使用SINW-FET生物传感器检测到MTB;

(2)生物传感器可在 30 秒内检测到低至 0.01 fg/mL 的 Ag85B 蛋白;

(3)检测信号在1fg/mL-100ng/mL 蛋白浓度范围内线性相关;

(4)使用其他相关蛋白的检测证明该生物传感器具有良好的特异性;

(5)直接对未经处理的TB患者痰液样本进行检测并取得良好的效果。

研究内容:

    本研究开发了一种检测Ag85B蛋白的增强型SiNW-FET生物传感器,用于快速灵敏的 MTB检测。选择MTB的主要分泌蛋白Ag85B作为待测靶标。对生物传感器的表面功能参数进行了探索和优化,其对Ag85B蛋白的LOD 低至 0.01 fg/mL (0.33 aM),具有良好的特异性和稳定性,可以在30 秒内快速响应。传感器的检测范围跨越 12 个数量级 (1 fg/mL-100 ng/mL),从而为检测实际临床和环境样品中的MTB打下基础。抗干扰测试显示出良好的结果,其对 Ag85B 的归一化电流响应超过 0.9,而其他相关蛋白质的电流响应小于 0.1。与其他方法相比,SiNW-FET 生物传感器只需要微量样品(7 µL),并且可以在更短的时间内检测到更宽浓度范围的 MTB。

对TB患者痰液培养液的分析表明,该传感器与稀释样品的5个数量级呈线性关系,从而证实了其在实际样本中检测TB的适用性。使用正常人和TB患者未经预处理的痰液实现了很好的区分,大大缩短了TB检测时间(考虑稀释痰液仅2-5分钟)。MTB的快速灵敏检测在个人疾病的治疗和TB的控制中起着关键作用。与ELISA法等常规方法相比,本研究可以在更短的时间内完成检测。虽然可能需要更多的数据来证实我们建立的TB早期诊断方法,但我们的结果令人鼓舞,对快速筛查和控制TB流行具有重要意义。

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2021年9月

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题目:Bioaerosol is an important transmission route of antibiotic resistance genes in pig farms

作者:Lu Song, Can Wang, Guanyu Jiang, Jinbiao Ma, Yunfei Li, Hong Chen, Jianhua Guo.

期刊:Environment International.

文章亮点:

(1)该研究追踪了多种气载ARGs和MGEs的浓度分布特征。

(2)研究了猪场不同季节时不同环境变量对气载ARGs传播的影响。

(3)该研究量化了粪便对猪场室内空气细菌的贡献率,并阐明了猪场气载ARGs的主要传播途径。

研究内容:

      尽管养猪场因抗生素的大量使用而成为抗生素抗性基因的研究热点,但对其空气环境中抗生素抗性基因(ARGs)的分布特征和传播情况知之甚少。如猪场中粪便对其室内空气质量的影响作用,不同季节(冬季和夏季)时各种环境变量(如温度、速度、相对湿度和颗粒)对猪场空气中ARGs传播的影响,以及气载ARGs的主要传播途径均不清楚。本研究调查了规模化养猪场在冬季和夏季时空气和粪便样本的ARGs、移动遗传元件(MGEs)和细菌群落。研究结果可为猪场气载ARGs的传播途径和控制策略提供参考,进而对养殖场进行更科学的调控。

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2021年6月

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题目:Advances in airborne microorganisms detection using biosensors: A critical review

作者:Jinbiao Ma, Manman Du, Can Wang, Xinwu Xie, Hao Wang, Qian Zhang

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

文章亮点:

(1)总结了气载微生物的检测方法、技术挑战以及生物传感器技术的特点。

(2)从识别元件、换能原理和信号放大三个方面介绍了生物传感器的检测原理。

(3)整理了近年来生物传感器在检测气载微生物的应用及效果。

(4)对未来生物传感器在气载微生物检测领域的发展进行了展望。

研究内容

      人类一直面临着多种传染病的威胁。空气中的微生物可引起空气传播的传染病,传播迅速而广泛,在全球范围内给人类社会造成巨大损失。近年来,空气中微生物的检测技术发展迅速;大致可分为生化技术、免疫技术和分子技术。但是,这些技术仍然存在一些不足之处;它们耗时长,灵敏度低,稳定性差。它们中的大多数需要在实验室的理想环境中使用,这限制了它们的应用。生物传感器是将生物信号转换为可检测信号的设备。作为一个跨学科领域,生物传感器成功地引入了多种生物检测技术。生物传感器具有分析速度快、灵敏度高、便携性好、特异性强、成本低等优点,已广泛应用于环境监测、医学研究、食品和农业安全、军事医学等领域。近年来,生物传感器的性能有了很大提高,成为一种很有前途的空气微生物检测技术。本综述从成分识别、能量转换原理、信号放大三个方面介绍了生物传感器的检测原理,总结了其在空气微生物检测中的研究和应,并分析了气载微生物生物传感器检测的新进展和未来发展趋势。

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2021年6月

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题目:Aerosol transmission, an indispensable route of COVID-19 spread: case study of a department-store cluster

作者:Guanyu Jiang, Can Wang, Lu Song, Xing Wang, Yangyang Zhou, Chunnan Fei, He Liu

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

文章亮点

(1)气溶胶传播是COVID-19传播不应忽视的途径;

(2)不同的暴发地点具有不同的流行病学特征;

(3)SRAS-CoV-2可以在气溶胶中长期存在;

(4)多个场所的气溶胶中检测到SRAS-CoV-2了的RNA序列。

(5)多种环境因素会影响SARS-CoV-2的空气传播。

研究内容

      飞沫和接触传播是COVD-19的确定传播方式,气溶胶传播作为危害性更大的潜在传播途径需要进一步确认,并且这些传播途径的相对重要性也尚不清楚。在新冠大流行期间,医院、社区、百货商店和公共交通中的聚集性案例不断增加。天津宝坻百货大楼的一次大规模集群爆发共计产生了40多名确诊患者,其中包括销售人员、顾客及他们的密切接触者。但是没有一份确定的报告能详细描述该地区的流行暴发特征。因此,亟需探索COVID-19在集群病例中的流行病学特征,并分析其在各种集群病例中的传播途径。在本文中,我们分析了宝坻百货大楼43名确诊患者在该聚集性疫情中的确切数据,以阐明在此典型集群爆发中探索的COVID-19的流行病学特征和传播途径。

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2021年1月

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题目:Photocatalytic inactivation of airborne bacteria in a polyurethane foam reactor loaded with a hybrid of MXene and anatase TiO2 exposing {001} facets

作者:Siyi Lu, Ge Meng, Can Wang, Hong Chen

期刊:Chemical Engineering Journal

文章亮点

(1)合成了基于单层Ti3C2Tx和TiO2暴露{001}晶面的光催化剂。

(2)为光催化气溶胶消毒建立了一个连续流通式反应器。

(3)观察到紫外线和光催化后细菌的光活化和暗修复。

研究内容

      在本研究中合成、表征和用作光催化剂的TiO2暴露{001}晶面和单层 Ti3C2Tx(MXene) 的混合物。MXene(3.4 wt%)的引入有助于减少光生电子和空穴的复合,从而将光催化活性提高 30%。本研究开发了一种连续流通式反应器,该反应器装有负载在聚氨酯泡沫上的制备光催化剂,以灭活空气中的细菌。在 254 (UV254) 的紫外线 (UV) 照射下,空气传播的大肠杆菌 (E. coli) 的光催化灭活效率达到 3.4 lg,优于仅使用 UV254 处理的 2.5 lg。此外,还研究了湿度和细菌种类对灭活性能的影响。厚的细胞膜可以保护细菌免受光催化氧化,而高湿度通过产生更多的活性氧来提高光催化灭活效率。研究发现使用仅 UV254 处理后气载大肠杆菌的光活化和暗修复现象。但紫外光催化失活后没有再修复,甚至在可见光下活性持续下降。这些结果表明紫外线照射和紫外线光催化之间存在不同的灭活机制,前者通过破坏细菌的 DNA 来灭活细菌,而光催化会物理破坏它们的细胞结构。

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