小蛛网，大作用！3D打印蜘蛛网让病毒无处遁形，为预测传染病搭建预警系统

导读：人类在寻求技术创新的过程中，殊不知有时答案就藏身于大自然的设计之中。在自然界中，挂着闪闪发光的露珠的蜘蛛网经常因其精致的美丽而常常受到赞赏。然而，你能想到它有可能成为检测空气传播病毒的高尖端工具吗？答案是肯定的。

2023年11月3日，南极熊获悉，仿生创新领域专家、弗吉尼亚理工大学机械工程系程江涛副教授在美国-以色列两国科学基金会(BSF) 的资助下，程教授和他的团队正在开发仿生技术，将蜘蛛网转变为针对新冠病毒和其他潜在病原体等有害空气传播颗粒的早期预警系统。更重要的是，他们正在使用 3D 打印来创建这些网结构。

从水滴到数据

程教授的专长在于将微米级和纳米级流体与激光等光学技术相结合，以研究微量流体与光相互作用的方式。研究发现，由于水滴独特的形状和特性，可以捕获周围空气中的颗粒。这些颗粒可能是从灰尘到有害细菌和病毒的任何东西。

一旦这些微小颗粒粘附或进入液滴内部，研究团队就会使用激光来识别它们。当激光照射到液滴时，它会在内部反弹，获取这些颗粒的数据。这些数据就像指纹一样，让团队实时了解液滴内的内容。

△程江涛，弗吉尼亚理工大学副教授

小蛛网，大作用

然而，扫描单个水滴并不实用。这就是蜘蛛网的用武之地。被露水覆盖的蜘蛛网是多个水滴的天然载体，而蜘蛛网本身的丝非常适合引导程的光束。从本质上讲，蜘蛛网变成了一个内置的传感器系统，丝和水滴一起工作。

然而，程的团队遇到了障碍。为了有效地检测病毒，每个液滴中需要更多的颗粒。他们通过使用附近的电极充电并将更多颗粒吸引到网上来解决这个问题，从而提高检测效率。

完美的网络预警系统

为了使他们的愿景成为现实，研究团队转向 3D 打印。他们混合使用天然和合成材料，制作出既柔软又耐用的仿生蜘蛛网。该网络由柔性材料制成，内部含有特殊液体。这种材料有助于纤维网络保持其形状并捕获微小的水滴。为了保持纤维网处于良好状态，他们使用紫外线固化内部的液体。

打印过程包括首先创建一个中空的网壳，然后将流体注入其中，最后将其固化以确保稳定性。这些工程网结构不仅能有效地容纳水滴，还能确保激光穿过结构。

创建合成网后，下一步是分析它捕获的粒子。该团队与弗吉尼亚州汉普顿大学副教授强乐合作，正在开发一款智能手机应用程序来提供这些结果。这可以为有关空中威胁的即时警报铺平道路。

程预计这项技术将得到广泛应用，从环境保护到监测传染病和确保全球安全。这位专家也是弗吉尼亚理工大学流体物理实验室的主要研究员，他指出：“由于该网络是便携式的，并且可以在住宅和周围环境中部署，因此它在环境保护、传染病监测、法医学和全球安全。每个部署的蜘蛛网传感器都可以为所有人的健康和安全提供实时信息。我们期待看到它部署后的效果如何。”

△变异病毒。图片由牛津大学提供。

弗吉尼亚理工大学机械工程系表示：“程教授的团队已获得一笔资助，用于制造检测空气传播病原体的蜘蛛网。任何害怕蜘蛛的人可能会说，蜘蛛本身都已经附着了许多令人生厌的病菌，但不用担心。因为研究人呀只合成了蜘蛛网，并没有八足的蜘蛛。”

快速检测空中威胁比以往任何时候都更加重要。世界卫生组织( WHO ) 列出了具有大流行潜力的优先疾病清单，强调了未来空气传播病原体的严重性。最近引起全球关注的疾病是X 病，这是一种未知的病原体，可能引发毁灭性的大流行。世界卫生组织于 2018 年 Covid-19 疫情爆发之前创造了这个术语。但英国疫苗工作组前主席凯特·宾厄姆最近的评论凸显了潜在威胁的严重性。这位专家将 X 病的潜在影响与 1918 年毁灭性的西班牙流感进行了比较，暗示它的死亡人数可能与第一次世界大战的死亡人数相当。世界卫生组织表示，X 病可能是一种新的病毒、细菌或真菌，我们目前还没有治愈方法。

由于埃博拉、SARS和寨卡等其他病原体也被列入世界卫生组织的“优先疾病蓝图清单”，成为下一次致命大流行的潜在原因，所以程教授研究的意义不容忽视。他的创新方法将受自然启发的解决方案与先进技术相结合，可能成为抵御此类未来病毒威胁的关键防线。