从水化学视角解释 为什么感冒存在季节性

煎蛋 2022-08-06 14:48
自从全球疫情以来,人们开始关注在潮湿的空气中因咳嗽、打喷嚏或说话而溅出的飞沫,这些小水珠或许携带了微小的病毒颗粒,造成新的感染。
早在2019年,关于环境水微粒的基本化学性质的研究就带来了一个惊喜:研究人员发现,普通的、原本良性的水滴会以某种方式自发形成少量的过氧化氢 (H2O2)。
(关于这一发现,可以参看《水汽在冷表面凝结时会有分子转化为过氧化氢》一文。)
是的,就是我们用来漂白头发或消毒伤口的弱酸性物质。
现在,一组研究人员发现,水滴与固体表面接触时会发生自发反应,它可能在流感的季节性周期中起作用。
“我们认为我们对水非常了解,水是最常见的物质之一,但现在我们应保持谦卑。”斯坦福大学的化学家理查德·扎尔说。他参与了这两项发现。
微量水的行为和作为整体的水不同。随着尺寸缩小,它们的相对体积比它们的表面积减小得更快。这意味着与玻璃、水桶或湖中的分子相比,微小水滴中暴露于周围环境的分子比例要大得多。
江汉大学的化学家陈伯雷、扎尔和同事证实,正是在这个暴露的表面形成了过氧化氢。
使用会因H2O2发光的染料,该团队绘制了水滴在接触玻璃表面时出现的情况,并发现双氧水集中在两种物质之间的交界处。
研究人员证明,当液滴接触其他9种固体时也会产生 H2O2,这些固体包括漂浮在我们空气中的土壤或更细的灰尘。
在之前的一项研究中,他们还表明那是自然发生的,在水从空气中凝结到寒冷的表面上时就可以。更重要的是,H2O2 的量随着湿度的增加而增加。
“似乎产生过氧化氢,是水-固界面的普遍现象。”
为了弄清楚液滴从哪里窃取了额外的氧原子,研究人员用重氧同位素 18O 处理了玻璃表面。
果然,这些液滴通过吸收玻璃表面的重氧原子形成了过氧化氢,这证实了附着在表面材料上的称为羟基自由基的可激发氢和氧元素是其来源。
随着酸的形成,陈和团队还可以及时测量从固体流向地面的电流。
这证实了先前研究的结果,即电子交换发生在被称为接触电气化的过程中。
他们在论文里写道,这当然不排除某些原材料可能由环境中的其他来源提供,例如臭氧 (O3)。但它确实证实了仅需要水滴和固体表面即可。
“接触电气化,部分解释了为什么病毒性呼吸道疾病存在季节性周期。”扎尔说。
随着夏季温暖空气中的水分增加,空气中出现少量过氧化氢,阻碍了病原体的传播。
相比之下,凉爽干燥的冬季空气会让病毒具备小优势。
这项研究发表在 PNAS 上。

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