以空气为源的冷大气等离子体装置作为安全有效的抗SARS-CoV-2空气过滤器

净化我们共享的空气

即便有了疫苗和治疗手段，许多人仍然担心在拥挤的室内环境中吸入类似导致COVID‑19的病毒。本研究探索了一种新型空气净化设备，它利用温和、室温下的“等离子体”——在流动空气中产生的微弱电光——在病毒经过时使其失活。研究者不仅测试了该装置破坏病毒的能力，还评估了长期暴露在动物体内是否安全，这为未来能在日常生活背景中悄然杀灭空气中病毒的空气过滤器指明了方向。

一种新型空气过滤器

研究团队构建了一个紧凑的以空气为源的冷大气等离子体装置，乍看像是一个带电源插头、控制面板、进出口的普通风扇。内部隐藏着印刷电路板上的梳状金属电极。当空气流经该区域并施加快速交变的高电压时，气体形成低温等离子体，充满带电粒子和反应性分子，但整体气体温度仍接近室温。测量显示产生了强而可控的电晕放电，伴随大量已知能损伤微生物的活性氧氮物种。热成像证实装置排出的气流是暖的但不热，表明其在日常使用中会舒适且安全。

等离子体如何攻击病毒

为观察运行时实际发生的过程，研究者将电学与光学测量结合计算机模拟。通过追踪电子和离子在纳秒级时间尺度上在两电极间的运动，他们绘制出最强电场形成的位置以及氮、氧离子等反应性粒子积聚的区域。模拟显示在电极间形成了明亮而活跃的等离子体区，富含可损伤病毒蛋白质和基因物质的化学物种。重要的是，放电保持在稳定且可控的模式，而非转变为高温火花，这支持其作为连续空气处理工具的可行性。

观察病毒解体

随后团队将含有SARS‑CoV‑2的样品放置在装置下，距离与实际房间中可能的安装距离相近，暴露等离子体30分钟。利用透射电子显微镜——一种能显示纳米级细节的成像方法——他们将未经处理的颗粒与经等离子体处理的颗粒进行了比较。完整的病毒颗粒显示出熟悉的冠状刺突和清晰的颗粒体。处理后，这些典型的刺突消失，蛋白外壳呈变性并出现团聚，在许多图像中病毒颗粒几乎与背景难以区分。这些结构变化表明等离子体不可逆地损伤了不仅是刺突而且其他病毒蛋白，从而有效使病毒失活。

在活体生物中的安全性测试

使病毒失活只是问题的一半；该装置还必须在呼吸环境中安全。为此，研究者将大鼠安置在装置运行达四周的笼舍中，并与置于正常空气中的对照大鼠进行了比较。他们追踪了体重、食物摄入、行为、皮肤外观、器官结构及一系列血液化学指标。暴露于等离子体的大鼠行为正常，体重增长与对照组相同，显微镜下无明显皮肤或器官损伤。部分血液指标，如肌酐和某些与肝脏及胆固醇相关的指标稍有下降但仍在正常范围内，可能受禁食和应激影响。对空气和邻近水体的测量表明生成了能够杀灭病毒的反应性分子如亚硝酸盐与过氧化氢，而对肺部刺激更令人关注的臭氧则低于所用仪器的检测限，尽管作者指出在更封闭空间中需要更敏感的检测。

这对日常生活意味着什么

综合来看，这项工作表明，以空气为源的冷等离子体装置能够物理瓦解SARS‑CoV‑2病毒，同时在所测试条件下，对呼吸处理过空气的大鼠未见明确短期危害。对非专业读者而言，这意味着未来的空气净化器可能不仅仅通过滤网捕获病毒，而是在病毒通过时主动摧毁它们，从而降低在家庭、学校、医院和公共交通中空气传播的风险。作者强调，在这类系统被广泛采用之前，仍需更长时间和更广泛的安全研究，并对臭氧等副产物进行更严格的测量。但他们的发现为更智能的空气净化技术指明了方向，这些技术可在不显眼的情况下使共享的室内空气对危险病毒变得更不友好。

引用: Cao, F., Yan, A., Xu, Q. et al. Air-fed cold atmospheric plasma device as a safe and effective anti-SARS-CoV-2 air filter. Sci Rep 16, 5038 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36088-y

关键词: 空气消毒, 冷等离子体, 新冠病毒, 室内空气质量, 病毒灭活