Cell Biomaterials | 吉林大学于吉红院士团队，最新功能无机抗病毒材料！

传统消毒方法如酒精、氯基化合物和紫外线存在作用时间短、环境敏感性高及潜在健康风险等局限，而无机功能材料凭借其高稳定性、持久活性和多机制协同作用（物理破坏、氧化损伤、生物界面干预和结构失稳）成为下一代抗病毒技术的重要方向。近十年来，该领域研究快速增长，涵盖金属纳米颗粒、碳基材料、金属有机框架等多元体系，在防护装备、表面涂层、空气过滤和水处理等领域展现出广阔应用前景。

吉林大学于吉红院士团队系统阐述了功能无机抗病毒材料的设计原理、作用机制与应用前景。相关内容以“Functional inorganic antiviral materials: Design principles, mechanistic insights, and potential applications”为题发表在《Cell Biomaterials》上。

【主要内容】

图1 无机抗病毒材料的发展趋势与设计策略

上图显示了2015-2025年间有机与无机抗病毒材料研究的增长趋势，无机材料虽起步较晚但增速显著；另外系统梳理了材料分类体系，以金属及金属氧化物纳米颗粒、碳基纳米材料、多金属氧酸盐、金属有机框架、单/双原子催化剂和杂化复合材料为活性中心，围绕抗病毒机制和设计策略两大维度展开；并阐述了从单一抗病毒机制向化学功能化、物理结构调控、多功能协同的演进路径，最终实现广谱高效抗病毒效果的设计理念。

图2病毒结构与生命周期

作者对比了包膜病毒（以HIV-1为例，展示gp120与CD4受体结合、gp41介导膜融合的详细过程）与非包膜病毒（以甲型肝炎病毒为例，展示其经粪-口传播、通过直接穿透或受体介导内吞入胞的差异）；展示了病毒生命周期的四个阶段——附着入胞、基因组复制、蛋白合成与组装、出胞传播，并标注了各环节可被无机材料干预的关键节点，如阻断受体结合、破坏包膜完整性、抑制RNA复制、干扰组装出胞等。

图3金属/金属氧化物纳米颗粒和碳基纳米材料的抗病毒应用实例

CuInP₂S₆纳米片通过阻断SARS-CoV-2与ACE2受体结合抑制病毒感染；316L不锈钢与铜粉烧结制备的合金盘可持续灭活新冠病毒；多孔金纳米颗粒通过表面硫醇配体与流感病毒血凝素/神经氨酸酶结合，破坏二硫键使病毒失活；Cu₂O纳米颗粒处理显著降低斑马鱼胚胎的病毒感染畸形率；激光诱导石墨烯负载铜/银纳米颗粒展现广谱抗菌抗病毒活性；氧化石墨烯纳米生物传感器用于高通量筛选靶向RNA解旋酶的抗病毒药物。

图4金属有机框架和单/双原子催化剂的抗病毒机制

Fe-MOF@His通过模拟脂氧合酶活性，催化脂质过氧化破坏病毒包膜；Cu-卟啉@Mn₃O₄杂化材料通过多重机制——阻断血凝素HA2亚基抑制病毒入胞、清除ROS缓解炎症、产氧改善微环境——发挥抗病毒作用；FeN₄P₂单原子纳米酶在低温下保持催化活性，通过氧化应激和膜破坏机制灭活病毒；Fe-Fe双原子催化剂则以非自由基电子转移途径高效激活过氧化物，实现鼠冠状病毒的快速灭活。

图5杂化复合材料的抗病毒策略

纳米结构Cu-生物杂化材料在蛋白质网络中形成Cu活性物种，有效抑制SARS-CoV-2功能蛋白；表面配体工程的金纳米颗粒通过疏水相互作用（十一烷基硫醇）与静电排斥（磺酸基硫醇）的协同，选择性结合并灭活病毒，而单纯静电排斥配体仅能使病毒失活但不结合，揭示了表面化学调控对病毒捕获与灭活的关键作用。

图6无机抗病毒材料的多场景应用

个人防护装备领域，纳米纤维口罩嵌入抗病毒纳米颗粒实现过滤-灭活双重功能，低成本抗病毒技术整合到防护服和鞋套；高频接触表面涂层包括激光诱导石墨烯织物、智能释放含铜颜料涂层等；空气过滤介质将光催化材料整合入HVAC系统；水消毒应用展示双原子催化剂在不同环境介质中的病毒灭活效果；生物医学应用延伸至生物传感诊断（金纳米颗粒介导的SARS-CoV-2检测）和医用水凝胶（TA@ZnO纳米复合水凝胶的抗病毒、抗真菌、抗菌多重功能）。【全文总结】文章首先指出传统消毒方法存在作用时间短、环境敏感性高和健康风险等局限，而无机材料凭借高稳定性、持久活性和多机制协同优势成为下一代抗病毒技术的重要方向。作者建立了涵盖金属纳米颗粒、碳基材料、多金属氧酸盐、金属有机框架、单双原子催化剂及杂化复合材料的分类体系，提出"功效与安全协同优化"的设计原则，通过调控表面化学、离子释放和降解行为实现生物相容性。

原文链接：http://10.1016/j.celbio.2026.100386