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COVID-19大流行促使物理科学家和工程师创造全球解决方案

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一个国际研究小组正在敦促物理科学家和工程师们加入到抗击新型冠状病毒(covid19)的战斗中来,并为一般传染性呼吸道疾病的知识和技术的长期创新做出贡献。

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西北大学的黄嘉兴领导的研究小组昨天(4月8日)在ACS Nano杂志上发表了一篇前瞻性的文章。

研究人员写道:“公共卫生和医疗工作者站在第一线,控制和减轻这种疾病的传播。”“虽然对病毒感染的生物和免疫反应进行干预似乎与通常用于无生命物体的物理科学和工程学相去甚远,但实际上,我们可以——而且应该——做很多事情来帮助应对这样的全球危机。”

焦虑引发的行动

黄对最初的冠状病毒爆发的早期焦虑促使他带头采取行动。他感到困惑和无能为力,只能通过学习有关呼吸道病毒的教科书和医学文献来应对。

“这个练习产生了很多问题和想法,我意识到物理科学家和工程师可以做很多事情来提供帮助,”黄说,他是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程的教授。“毕竟,在病毒被人感染之前,传播和传播发生在物理空间和物质世界。”

黄的早期努力促使西北大学实验室的研究生黄海月(音译)加入他的团队,进行精读、分析和头脑风暴。

“从智力上讲,那是一段非常刺激的时期,”她说。“我对我们的身体直觉——有时是胡乱猜测——如何与医学文献中的观察联系起来感到惊讶”。 

解决方案获得国家科学基金会快速拨款

两人首先起草了《物理科学家和工程师行动呼吁》,并将其中部分内容写入了提交给美国国家科学基金会(NSF)的白皮书中。

黄说:“国家科学基金会完全有能力召集物理科学家和工程师来应对与COVID-19这样的危机相关的挑战。我从材料研究部门得到了热情的鼓励,巧合的是,国家科学基金会很快通过他们的快速机制发布了一份提案。”

黄的实验室得到了一笔快速拨款,而黄海月成为了被指定的“关键”研究人员之一,夜以继日地探索一种面罩上的化学调制方法,可以降低携带病毒的飞沫的传染性。

在全球建立联系

为了验证他们的假设和想法,黄咨询了一组中国的生物医学研究人员和一线临床医生,以了解他们在与COVID-19的斗争中遇到的问题,并进一步完善策略。西北大学校友、现任中国武汉大学教授和医生的郑新(音)博士很快回应了黄的请求。在COVID-19的早期,她一直对这种病毒令人意想不到的特征和行为感到困惑。

郑说:“那些日子我们的压力非常大,但我们选择了抗击这种病毒。”“作为医生,这里的每个人都是这场战斗中的一名战士。”

郑是华中科技大学附属武汉协和医院传染病科的主任。她说,物理科学家和工程师可以把重点放在三个关键因素上:阻断病毒来源,打破传播链,保护最脆弱的人群。

“我们每天都戴着个人防护装备,”她补充道。“我们知道,物理科学家和工程师还有很大的改进空间。”

领域的机会

在这篇展望文章中,研究人员概述了科学家和工程师可以提供帮助的领域:

  • 在基于物理科学和工程的感染途径上设置新的屏障;
  • 用抗病毒化合物“污染”呼出的呼吸道飞沫,从源头上降低病毒的生存能力;
  • 设计stimuli响应表面,加速病毒的灭活,这些病毒沉积在医院和家庭的门把手、触摸屏、台面和其他区域;
  • 使个人防护装备(PPE)更有效,包括不会起雾的护目镜、不会引起过敏反应或加速第一线临床医生疲劳的面罩和防护服,因为他们已经处于巨大的压力之下;
  • 为在最危险情况下工作的临床医生发明具有增强防护、通信和监控功能的智能PPE;
  • 开发可降解材料和更可持续的方法来安全处理塑料PPE废物;
  • 提前考虑高产量、可重构和灵活的制造,以应对关键医疗用品需求的爆炸性增长;
  • 开发具有快速样本输入结果转换和快速自动数据获取的分布式测试系统,以更好地装备公共卫生工作者和决策者,以便更快、更准确地做出决策;
  • 开发新的模型系统,以更好地了解病毒如何传播、传播和与周围环境的物理化学作用。

作者强调,即使研究人员很少或没有感染疾病的经验,他们仍然可以做出贡献。这句话引起了黄所在团队的另一位西北大学校友聂华莉的共鸣,她目前是上海东华大学的副教授。

“当我的前导师黄教授联系我的时候,我被困在了家里。”聂说。“我的领域与传染病没有直接关系。但是黄教授的建议引起了我的兴趣,我开始研究这个课题。很快我意识到我也可以做些事情来帮助他们。最终,我们能够通过朋友的朋友联系到一些第一线的临床医生,进行有意义的远程讨论。”

积极的准备

在西北大学,黄教授已经在上个冬季学期的高分子导电课堂上鼓励学生们思考如何做出贡献。

“我希望工程学生主动的和认为他们可以做些什么来帮助社会,”黄说,“海悦是我在这门课的助教,所以她监督两个学生演示的概念消毒面部面具通过发热导电聚合物涂层。

黄说:“像‘vid19’这样的危机超越了所有类型的界限。我希望看到人们打破界限,共同努力来创造解决方案。”

西北大学黄嘉兴实验室的研究生黄海月(音译)是这篇论文的第一作者。其他合著者包括来自上海交通大学及其附属医院的范春海、李敏、王辉、王瑞兰和左小磊,以及分别来自华中科技大学附属医院和武汉大学附属医院的夏建波和王福兵。

主题:冠状病毒,工程,创新,麦考密克工程学院,研究,技术

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.northwestern.edu/stories/2020/04/covid-19-pandemic-motivates-physical-scientists-and-engineers-to-create-global-solutions/