要茂盛课题组可视化揭示不同呼吸模式传播呼吸道传染病的风险

在人类社会历经多次大流行疾病冲击的背景之下，对疾病传播的认知得到了显著的提升，特别是经历过新冠疫情以来。经由呼吸道释放的颗粒物及气流中可形成稳定悬浮的气溶胶体系被称为为人体呼出气溶胶。许多严重折磨人类社会的疾病，如新冠肺炎、肺结核、麻疹和流感，已被证明是通过呼吸排放后经空气传播的。人类呼吸道病毒感染会导致一系列呼吸道症状和疾病，在全球范围内导致高发病率、死亡率和重大经济损失。

然而，医学界传统认为疾病流行只是靠飞沫（大于5微米）传播，这一思维惯性使得人们相对忽视了气溶胶（小于100微米的所有颗粒）传播的重要性，这也很大程度上归因于缺乏相关研究工具和实验观察。这些不确定性和一些传统错误的认识导致世界卫生组织在新冠疫情早期没能制定有效的防控策略。人体呼出气溶胶研究有助于了解呼出气溶胶的疾病传播潜力，进而为揭示呼吸道传染性疾病的发展规律以及预防控制策略的制定提供参考科学证据。尽管有文献报道人类呼出气溶胶颗粒的粒度分布，但不同呼吸模式的呼出气气流方向和疾病传播潜力仍不明朗。研究呼出气气流的可视化非常重要，特别在定量描述不同模式呼吸传播疾病的风险上。

对于上述问题，北京大学环境科学与工程学院要茂盛教授课题组利用所搭建的红外成像装置，通过对人体呼出气溶胶中存在的CO2的流动形态的捕捉成像，实现了对于真实人类志愿者不同呼吸活动下呼出气溶胶的实时可视化，开展了针对于不同呼气模式下的呼出气流动力学和传播风险的相关研究工作。课题组研究了如干咳、深呼吸和大笑等呼吸模式的呼出气溶胶气流特征及其相应的口鼻活动间的差异，对不同呼出活动的相对传播风险进行了半定量。此外，对各种保护措施的作用机制进行了可视化研究。

研究结果以“Quantitatively visualizing airborne disease transmission risks of different exhalation activities through CO2 Imaging”为题发表在Environmental Science and Technology刊物上，并入选刊物内页封面。论文第一作者为北京大学环境科学与工程学院硕士生彭一娇，要茂盛为通讯作者。该项目得到国家自然科学基金委创新群体项目（22221004）、基金委集成项目（92043302）、国家杰出青年科学基金（21725701）与广州实验室项目（EKPG21-02）的资助。