尽管科学证据表明，表面不是新冠病毒的主要传播途径，但不排除人类与被病毒污染的表面相互作用时会被感染。研究表明，冠状病毒在几种不同的材料上可以存活几分钟到几天，因此，更多地了解表面吸附以及不同的表面特征如何影响病毒吸附过程非常重要。
好奇地了解更多关于QSenseQCM-D在这种吸附分析中使用，我联系了以色列理工学院的教授和教员Boaz Pokroy教授。Pokroy教授的研究重点是生物矿化和生物启发材料，在最近的一项研究中，1他们对SARS CoV-2刺突蛋白在不同功能化表面上的吸附进行了表征和比较。在这篇文章中，我分享了我从采访Pokroy教授中学到的东西。
阐明大自然如何在原子水平上设计生物材料
波克罗伊教授说:“在我的研究小组中，我们研究了自然界中的各种矿化材料和软质材料，并将它们在不同长度尺度上的结构与其功能联系起来。”我们确定了自然界中用于形成功能材料的各种策略，并将这些策略转化为新的合成生物材料。
利用刺突蛋白-表面相互作用分析了解SARS-CoV-2的表面吸附
Pokroy教授解释说，研究刺突蛋白与表面的相互作用是理解整个病毒对表面吸附过程的重要阶段。刺突蛋白暴露在周围环境中，并进行第一次相互作用。这些相互作用可以是与污染物或生物组织，如粘膜组织，以及与ACE2受体的特定相互作用，即位于我们体内宿主细胞上的受体。
刺突蛋白由S1和S2两个亚基组成。Pokroy教授说:“在这项研究中，我们研究了来自SARS-CoV-2刺突蛋白S1和S2亚基与各种化学功能化表面的相互作用。”我们比较了SARS-CoV-2原始菌株与Delta和Omicron变体以及在不同pH条件下的相互作用。这样，我们就可以研究Delta和Omicron变异对其吸附能力的影响。
QSense QCM-D分析有助于评估SARS-CoV-2刺突亚基的吸附能力
在这项研究中，我们使用QCM-D来测量S1和S2亚基吸附能力的差异，Pokroy教授说。通过应用Sauerbrey方程或Voigt模型，可以计算出吸附蛋白质层的质量密度和厚度。
在我们的实验中，我们使用了五种不同的表面功能来研究蛋白质亚基与每种功能类型的可能相互作用。不同的功能是使用镀金传感器创建的，传感器表面的化学性质是通过使用自组装单层(SAMs)来改变的。SAMs是可以自排列成一个分子厚的均匀层的分子。SAM的官能团可以决定表面的化学性质。
简而言之，实验执行如下:
- 一是稳定了体系
- 稳定后，QCM-D传感器暴露于磷酸盐缓冲盐水PBS中30分钟，以建立基线。
- 然后将PBS替换为蛋白质溶液，即蛋白质溶解在PBS中，保持100分钟。
- 最后，将蛋白质溶液切换到PBS中再持续30分钟，以观察蛋白质是否分离。在每个实验中，我们都改变了蛋白质和SAM。
在研究的第二部分，我们分析了pH值对蛋白质吸附的影响，Pokroy教授继续说道。在这个测量系列中，我们改变了PBS和蛋白质溶液的pH值。我们以同样的方式进行了实验，只使用了在前一步中表现出最高吸附容量的SAM，即具有羧基端基的SAM。
QCM-D数据显示了亚基之间的吸附差异
“我们的研究表明，不同的S1亚基在吸附过程中表现不同，”Pokroy教授说。Delta和Omicron变体的S1亚基具有较高的吸附性能，特别是对表面带负电荷的羧酸官能团的SAM具有较高的吸附性能。变异体S1蛋白表面正电荷增强。ACE2受体的表面电荷主要是负的，粘膜组织也是如此。Pokroy教授解释说，这意味着受体/粘液和刺突蛋白之间的静电相互作用增加了，这与变体的传播性增加有关。此外，来自Omicron变种的S1对所有表面的平均吸附量最高，这可能证实了其在变种中最高的传播性和传染性。
S2亚基具有疏水端基，对SAM吸附最好，这可以通过S2的跨膜位置来解释。Pokroy教授说，S2亚基很可能对整个刺突蛋白与周围环境的整体相互作用没有贡献。
此外，S1亚基在生理pH为7.4时的吸附能力最强，酸性和碱性环境均显著降低了吸附速率。
QCM-D分析提供了影响SARS-CoV-2变体传播性增加的因素
Pokroy教授说，使用QCM-D，我们可以计算穗蛋白亚基吸附层的质量密度，并比较各种改性表面的影响。这些结果有助于更好地理解SARS-CoV-2变体传播性增加的原因和影响因素。他总结说，这也表明了病毒与各种表面结合的能力，这也可能与其他病毒的研究有关。
