近日,面對新冠病毒肆虐,各地多有人瘋搶消毒液,免洗殺菌洗手液等。德國衛生部長向公眾承諾很快補貨,但數日後超市貨架仍然空空如也,引起德國網民不滿。也有網友指出,華人也參與了搶購,影響不好。其實,我們可能搶購錯了。洗手液比酒精類消毒液對新型冠狀病毒更有用。

澳大利亞新南威爾士大學的化學教授 帕利·托拉達森(Palli Toradarson)在推特上解釋,由於新型冠狀病毒帶有脂類包膜,肥皂水一洗,病毒結構破碎就失去活性,不能再感染我們了。

Palli Thordarson@PalliThordarson
 
 

1/25 Part 1 - Why does soap work so well on the SARS-CoV-2, the coronavirus and indeed most viruses? Because it is a self-assembled nanoparticle in which the weakest link is the lipid (fatty) bilayer. A two part thread about soap, viruses and supramolecular chemistry

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托拉達森教授解釋說,新型冠狀病毒可以看作是一個自組裝的納米結構,其中最脆弱的部分就是由雙層磷脂分子組成的脂雙層包膜(lipid bilayer envelope)。洗手液中的皂質可以輕易溶解脂類,讓病毒的包膜(fat membrane)解體。肥皂水一搓,病毒內部的結構像一盒撲克牌一樣散落一地,失去了活性。

通常,這類病毒在人體外可以長達數小時甚至數天保持感染活性。酒精類消毒劑雖然也可以讓病毒快速失活,但其實並不如普通的肥皂。消毒劑裡其他殺菌成分,對病毒也沒什麼用。於是,對於冠狀病毒來說,消毒液就是一個昂貴版本的洗手液。洗手液是最棒的。不過如果你坐在座位上,不能隨時去洗手,免洗消毒液確實會更方便。

我一直對病毒這種結構十分著迷,因為病毒是超分子化學和納米科學融合的最壯觀的例子之一。

大多數病毒由三個關鍵組成部分組成:RNA,蛋白質和脂質。

RNA,核糖核酸,是這類病毒的遺傳物質。

病毒蛋白質的作用包括協助病毒進入細胞、幫助病毒自我複製、以及構造病毒的結構(就像蓋房子的磚塊和鋼筋)。

脂質則在病毒的結構最外層形成一個大衣一樣的包膜。它即可以保護病毒的內部,也參與入侵細胞的過程。

RNA,蛋白質和脂質,自我組合成病毒的結構。需要指出的是,這些零件之間,不存在很強的“共價”結構將他們結合在一起。病毒的部件是通過較弱的非共價鍵組合在一起的,於是,他們向我們用的“魔術貼”一樣黏合在一起,似乎牢不可破。但其實,肥皂水就可以拆散他們!

大多數的病毒,包括冠狀病毒,大小在50-200納米之間,他們是納米級別的微粒。納米微粒和許多物品的表面可以進行複雜的互動:皮膚,金屬、木材、織物,油漆表面,和瓷器,這些是很不同的表面。

當一個病毒入侵細胞,RNA就像電腦病毒一樣劫持細胞內的機器,奴役他們不停地複製病毒的組件,包括RNA,病毒蛋白。他們再像魔術貼一樣,形成新的病毒顆粒。這個過程中,他們還隨意佔用細胞內隨處可用的脂質薄膜,以形成病毒包膜。也就是說,病毒的複製不像我們用複印機複印文件,而是像魔術一般地,積木自己組裝變成新的病毒顆粒。

這些新的病毒顆粒最終讓細胞活不下去了。細胞死亡、破裂,釋放出病毒顆粒,再去入侵其他細胞。在人的肺組織裏,這個過程也會將病毒顆粒釋放到空氣中。當病人咳嗽或者打噴嚏,微小的液滴向外飛出可達10米遠。冠狀病毒主要乘搭大顆一些的液滴,他們可以飛大概兩米遠。所以!咳嗽打噴嚏的時候,用袖子遮住我們的口鼻!

這些微小液滴最終降落在各種表面,很快就乾了。上面的病毒仍然有活性。現在的問題是,各種表面上,病毒如何和他們互動,並且最終到達下一個健康人?

超分子化學(Supramolecular chemistry)有一個概念:相似的微粒之間的相互作用力更強一些,不太相似的微粒之間的作用力較弱。木材、織物、當然還有皮膚!和病毒微粒之間的互動屬於第一種,強力相互作用。而鋼材、陶瓷,一些塑料,和病毒之間的相互作用弱一些。

物品表面的結構也很重要。越平整的表面,病毒越不容易附著。

所以,這些不同的表面,對病毒有什麼不同的影響?病毒顆粒是靠一種叫氫鍵(hydrogen bonds)的力量組合在一起,類似水分子之間的作用力。於是,病毒喜歡和親水,或者親油的表面產生相互作用,附著在上面。比如,織物和木材的表面,可以和病毒顆粒之間,形成很多的氫鍵,於是病毒可以黏附在上面。而金屬表面不會有這種作用。病毒在這些表面也可以在一段時間保持穩定,但時間不如木材和織物。

所以病毒的活性可以維持多久?不好說。新型冠狀病毒可以在合適的表面長達數小時,甚至上天的時間,保持活性。潮濕會消解病毒,日光中的紫外線,和熱量(分子熱運動),也都會令病毒變得不穩定,容易失去活性。

皮膚。皮膚對病毒來說是一種完美的表面!它是“有機”的。皮膚表面的無生命死亡細胞上的蛋白質和脂質和病毒顆粒之間,既可以形成氫鍵,也可以用“類似脂肪”的親水相互作用。

所以,當你的皮膚接觸帶病毒的金屬表面,病毒容易從金屬上附著到皮膚上。這時候,你還沒感染。如果你的皮膚再接觸面部,病毒就從手到達臉。危險了!病毒距離你的口、鼻、眼,這些黏膜結構,已經好近了。如果病毒到達這些地方。。。你就感染了。

所以如果一個人手上有病毒,你和他握手,病毒就到了你手上。或者你和他親吻,這顯然也就傳染了。當然如果他在你面前打噴嚏,病毒也來了。如果病毒只是到了你的手上那還好。

我們多久用手觸摸臉部呢?許多人每兩三分鐘就無意識摸一下臉。所以,洗手呀!

如果我們只是用清水洗手,水和皮膚上的病毒顆粒之間,只是用氫鍵交互作用,這是不夠搶走病毒的。

肥皂水則完全不一樣。肥皂中含有類似親水又親油的類脂肪物質,在結構上與病毒膜中的脂質非常相似。 肥皂分子與病毒膜中的脂質“競爭”。肥皂分子還與許多其他非共價鍵競爭,這些非共價鍵幫助蛋白質,RNA和脂質粘在一起。 肥皂有效地“溶解”了將病毒結合在一起的膠水。 再加上所有的水。肥皂的力量還勝過病毒和皮膚表面之間的相互作用。 由於肥皂和水的共同作用,病毒很快就會脫落並掉落,像一盒紙牌一樣掉落一地。 病毒消失了!

Palli Thordarson@PalliThordarson
 

27/39 So let’s try washing it off with plain water. It might just work. But water “only” competes with the strong “glue-like” interactions between the skin and virus via hydrogen bonds. They virus is quite sticky and may not budge. Water isn’t enough.

Palli Thordarson@PalliThordarson
 

28/39 Soapy water is totally different. Soap contains fat-like substances knowns as amphiphiles, some structurally very similar to the lipids in the virus membrane. The soap molecules “compete” with the lipids in the virus membrane.

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皮膚非常粗糙且起皺,這就是為什麼您需要進行大量用力的搓洗,才能確保肥皂在皮膚表面達到藏在皮膚表面深部的病毒顆粒。20秒!

基於酒精的產品,其中幾乎包括所有“消毒劑”和“抗菌”產品,都含有高含量的酒精溶液,通常為60-80%的乙醇,有時還含有少量的異丙醇,然後還有水和少許肥皂。

乙醇和其他醇類不僅容易與病毒物質形成氫鍵,而且作為溶劑,比水更具親脂性。 因此,酒精也確實會溶解脂質膜並破壞病毒中的其他超分子相互作用。

但是,您需要相當高濃度(也許+ 60%)的酒精才能快速溶解病毒。 酒精主要作用於病毒的蛋白質顆粒,破壞其三維結構,令其變性失活。伏特加或威士忌(通常為40%的乙醇)不會很快溶解病毒。

Corey S. Powell@coreyspowell
 
 

Here's what happens at the molecular level when alcohol kills bacteria and viruses: it literally causes their proteins to come undone. (It was surprisingly hard to find a basic primer like this.) https://www.scienceabc.com/eyeopeners/hand-sanitizers-work.html 

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總之,酒精不如肥皂好。

幾乎所有的抗菌產品都含有酒精和一些肥皂,這確實有助於殺死病毒。 但是有些還包括“活性”細菌殺滅劑,例如三氯生。 但是,這些基本上對病毒沒有任何作用!

總結一下,病毒幾乎就像油脂納米顆粒一樣。 它們可以在各種表面上保持活躍數小時,然後人通過觸摸將其拾取。他們會碰到我們的臉並感染我們,因為我們大多數人都整天經常用手觸摸臉部。