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

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

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

      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

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

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。

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

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。

2021年9月

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。

2021年6月

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。

2021年6月

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。

2021年1月

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。