近日，海南大学药学院王鑫教授团队在空气中病原体检测方法方向取得重要突破，相关成果连续发表于期刊《Chemical Engineering Journal》及《Communications Earth & Environment》等高水平期刊。该系列工作围绕空气中病原体浓度极低、缺乏简易有效监测方法的技术难题，发展了基于仿病毒纳米颗粒的富集检测新策略，并成功实现了从DNA病毒到RNA病毒、从空气到水体的多场景应用拓展。

空气是呼吸道病原体传播的直接媒介，监测空气中病原体对精准防疫和全健康具有重要意义。围绕空气中病原体浓度极低、难以有效监测的技术难题，王鑫教授团队开展了系列攻关。2022年，团队以“Silica nanoparticles with virus-mimetic spikes enable efficient siRNA delivery in vitro and in vivo”为题在Science姊妹刊《Research》杂志（IF:11）发表论文，报道了一种一锅法、可调控合成仿病毒表面尖刺纳米颗粒的方法，为该系列工作的研究基础。张雪博士为论文共同第一作者，王鑫教授为论文通讯作者。芬兰科学院院士、Åbo Akademi University张宏博教授，中国海洋大学仇萌教授和深圳大学张晗教授团队对工作做出了重要贡献。

在此基础上，张雪博士利用该系列纳米颗粒对DNA的高吸附性，优化和筛选仿病毒纳米颗粒的尺寸和尖刺长度，创造性地应用于空气中DNA病毒的富集和检测。利用该方法耦合PCR检测，在实验室内实现了2000病原体/升的检测灵敏度。该工作于2024年以“The co-assembly of spike silica nanoparticles with high affinity to nucleic acid for airborne virus detection”为题发表于期刊《Chemical Engineering Journal》（IF:12.5）。张雪博士为论文共同第一作者（排名第一），王鑫教授为论文通讯作者。中国海洋大学仇萌教授、中国石油大学（华东）付建冶副教授团队对该工作提供了核心帮助。

图1：用于空气中DNA病毒检测流程示意图

尽管RNA病毒较DNA病毒威胁更大，但由于RNA不稳定、样品预处理流程复杂等特点，2024年论文中开发的方法不能直接应用于RNA病毒检测。张雪博士在博士后训练阶段针对空气中RNA病毒检测的技术障碍开展研究攻关，获得突破。该工作近日以“A nanotechnology-enhanced workflow for direct, sensitive detection of viral RNA in exhaled breath”为题再次被《Chemical Engineering Journal》杂志（IF:12.5）接受发表。论文报道了一种富集检测空气中RNA病毒的方法，并且成功耦合LAMP-CRISPR/Cas12b实现在试管内可视化检测。更重要的是，利用该方法在30余例患者呼出气体中实现了甲流病毒、新冠病毒和支原体的检测和鉴定，为后续的临床应用进行了可行性验证。海南大学药学院博士后张雪、药学学硕童子康和原迎露为论文共同第一作者，王鑫教授和王鑫团队王阳副教授为论文通讯作者。海南医科大学第一附属医院刘磊主任医师、中国海洋大学仇萌教授和中国石油大学（华东）付建冶副教授团队提供了重要支持。

图2：患者呼出气样本中病毒检测流程示意图

该方法也被拓展应用于水体中病原体核酸的检测。针对淡水中病原体核酸原位检测的工作，于2026年以“Nanoscale spike engineering enables one-pot detection of ultra-trace pathogens in water”为题发表于杂志《Water Research X》（IF:7.0）。海南大学药学院张雪博士、药学学硕童子康和海南大学药学专业本科生吕尚优为共同第一作者，王鑫教授团队李俪高级工程师为共同通讯作者。合作单位海南医科大学第一附属医院李琪团队、刘磊团队为该工作提供了关键贡献。针对海水中环境DNA（eDNA）的检测和宏基因组测序的工作，于2026年以“Enhancing aquatic ecosystem environmental DNA capture, preservation and analysis with magnetic spiky silica nanoparticles”为题发表于期刊《Communications Earth & Environment》（IF:9.3）。海南大学药学院张雪博士为共同第一作者，王鑫教授团队李俪高级工程师为共同通讯作者。合作单位中国海洋大学王玮教授团队和仇萌教授团队为该工作做出了关键贡献。

该系列工作得到了国家自然科学基金委面上项目、新冠专项、区域联合基金和科技部“生物安全”重大专项、海南省“四方之才”团队项目的大力支持。受海南省教学改革项目和海南大学教学改革项目的支持，海南大学本科生吕尚优、陈杰希、原迎露、贺洋等多名同学参加该系列研究。项目成果得到青岛某环境监测领域领军企业的关注，正在洽谈成果转化和技术合作。

相关文献：

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图文：张雪      复审：赵超      终核：王汉杰/王鑫