This website uses cookies
该网站现在只在您的计算机上存储必要的cookies。如果您不允许使用cookie,您可能无法使用网站的某些功能,包括但不限于:登录,购买产品,查看个性化内容,切换网站语言。建议您允许所有的Cookie。
+86 010-82197688 (中国) 所有地区

搜索

病毒气溶胶研究

关注病毒传播中的飞沫和气溶胶

Virus aerosol research我们知道,感染者通过咳嗽、呼吸、说话等方式产生并释放飞沫和气溶胶。其他接触这些飞沫或气溶胶的人可能会受到感染。确定这些人的接触和感染风险中有许多问题。例如:

  • 这些粒子在房间里是如何传播的? 
  • 室内的空气循环如何影响这些粒子从释放点移动的距离? 
  • 粒子的粒径分布如何影响气溶胶云的分散和扩散? 
  • 气溶胶液滴或粒子中的病毒含量及其生存能力是什么? 

多年来,我们的研究客户发现TSI粒子和流体力学仪器是解决此类问题的有价值的实验工具。

人类产生的气溶胶的演变

人们在呼吸、说话、打喷嚏和咳嗽时释放的气溶胶是液滴。由于外部空气通常不如人体呼吸系统内部的空气潮湿,因此液滴在排放后不久就开始蒸发。蒸发会使它们收缩,从而影响它们的传播范围。

由于重力的作用,最大的液滴沉淀在地板或其它表面上。其余的则在空中停留一段时间,这取决于蒸发完成后的最终粒径。液滴最终会变成微小的固体粒子,其中可能含有活微生物,包括病毒。粒子越小,悬浮在空气中的时间就越长,传播距离也就越远。我们知道非常小的液滴和粒子能够沉积到呼吸道深处。粒径、分布和浓度是与上述研究问题相关的颗粒特征。因此,准确地测量这些特性至关重要。

气溶胶粒径分布测量

1微米及更大粒径的粒径测量解决方案

对于测量0.5至20µm范围内的粒子,3321空气动力学粒径谱仪是一种经过现场验证的仪器。它使用了一种稳健的“飞行时间”技术来确定空气动力学粒子直径,这是一个常用于表征人体呼吸系统中粒子沉积的参数。美国陆军实验室使用3321 APS光谱仪测量人类打喷嚏时释放的粒子。

Experimental setup for measuring size distribution and concentration of aerosol particles3330光学颗粒物粒径谱仪是另一种可以测量0.3至10µm粒径范围内的尘埃粒子的仪器,但与3321 APS相比,其粒径分辨率更低。该光谱仪使用光散射技术提供响应,该响应取决于被测粒子的折射率。例如,下图显示了使用TSI仪器的实验装置。在这个实验中,研究人员试图测量一个人在咳嗽过程中释放的气溶胶粒子的粒径分布和浓度。

亚微米粒子的粒径测量解决方案

对于测量1至1000nm粒径范围内的粒子,TSI提供基于电迁移率分类的仪器,然后通过凝聚核粒子计数器进行计数。3938扫描电迁移率粒径谱仪可配置为根据具体应用测量不同的粒径范围;它们具有优异的粒径分辨率和粒子浓度范围。TSI制造的3938 SMPS粒径谱仪在世界范围内的学术界和工业界得到了包括病毒物理特性研究在内广泛应用。

流体可视化与图像测速技术

流体可视化技术利用一台摄像机,通过采集液滴在空气中移动时的高速图像,定性地评估流动。通过根据已知的距离标准校准图像,并知道图像之间经过的时间,研究人员可以测量液滴粒径和速度。

粒子图像测速系统(PIV)是一种激光片照亮流场平面区域的技术。当粒子通过激光时,与光片成90度角的摄像机捕捉粒子的图像。摄像机以快速的速度采集图像,从而可以定量测量单个粒子或液滴的运动。这提供了一个高度精确的速度场,空间分辨率小于一毫米。

PIV在病毒气溶胶研究中有两种应用:

室内空间

利用PIV技术,研究人员可以检查整个房间内气溶胶液滴的速度和扩散情况。这是一个有价值的工具,有助于模拟水滴和气溶胶在室内空间的传播。

呼吸保护装置周围的泄漏

在日常生活中,呼吸保护装置最重要的问题是它是否在保护佩戴它的人。将设备正确安装到人的面部是该保护的关键组成部分。PortaCount®呼吸器适合性检验仪可以客观测量口罩与佩戴者面部的密封程度。它能够定量检验多种类型的呼吸器、防毒面具、SCBA、呼吸器和一次性用品,如N95和FFP3。

PortaCount呼吸器适合性检验仪可以识别泄漏的面罩,但不能精确定位泄漏的位置。通过识别佩戴者呼气时绕过面罩的气流,PIV可以帮助评估泄漏的类型和来源。

最近,TSI的流体力学团队进行了一系列测试,确定佩戴N95面罩的人体模型的泄漏源。人体模型头部模型周围的气流中植入了雾示踪粒子,这些粒子由激光片照亮。一台高速摄像机拍摄了一系列示踪粒子的图像,并使用TSI INSIGHT4G软件分析图像,以提供面罩周围区域的流速场。

Vector map of flow velocity surrounding a face mask研究小组根据数据制作了一张矢量图,显示了人体模型鼻梁处的泄漏位置。由于观察到颗粒绕过面罩,我们可以假设面罩的有效性受到影响。

其他研究人员正在使用PIV回答与咳嗽和雾滴传输有关的其他问题。例如,从西方大学看到这个案例,科学家们构建了“咳嗽室”来观察雾滴实际传播的距离。

用于生物分析的粒径选择性采样

当含有病毒的飞沫和气溶胶穿过房间或其它空间时,它们是否仍然存活?通过面罩或其它过滤器的液滴或气溶胶呢?研究人员希望回答这些和相关的问题。

粒子粒径在空气传播病毒的传染性和生存能力中起着重要作用。因此,气溶胶粒子中的病毒生存能力通常在两种应用中受到关注:表征环境空气和生物过滤效率或BFE测试。 

表征环境空气

空气传播的传染性病毒通常很难恢复,因为它们在空气中的浓度极低,并且由于常用空气采样器的限制。在病房内的空气样品中发现了SARS-CoV-2 RNA。空气采样的可靠采样方法,包括可培养病毒的测量,对于理解通风系统在感染性气溶胶暴露中的作用至关重要。

测量呼吸保护装置的生物过滤效率(BFE)

通过对呼吸保护装置(如外科口罩)的空气进行测试,验证口罩材料是否保留有活微生物。在这种情况下,测试用于制造呼吸保护装置的材料(介质)的过滤效率是关键。

BFE通过定量测量面罩培养基在捕获活微生物方面的有效性,使这一概念更进一步。美国标准试验方法(ASTM F2101)测量医用口罩材料的BFE,计算为上游细菌与下游残余浓度的比率,并使用金黄色葡萄球菌作为测试生物体。本标准(EN 14683)的等效版本也适用于欧洲。同样的标准程序也适用于使用细菌相phiX174作为测试生物体的病毒过滤效率测量。阅读意大利的一个类似实验:面罩在Sant'Orsola进行测试:实验室在创纪录的时间内建立。

进行BFE试验时,标准要求使用级联撞击式粒径切割器进行采样。这样按粒径计算BFE,因为级联撞击式粒径切割器以粒径分离的方式采集样品。TSI 100NR MOUDI撞击式粒径切割器是一种级联式撞击式粒径切割器,可将采样粒子分离为8个0.18至10µm的粒级。类似地,110NR型MOUDI撞击式粒径切割器有10个阶段,介于56nm和10µm之间。这些撞击器具有清晰的采集效率曲线,让用户能够根据空气动力学直径评估采集样品的病毒含量和生存能力。

保存样品病毒的生存能力

在整个采样和处理过程中保持所采集病毒的生存能力对于确保准确性至关重要。填充琼脂培养基或明胶过滤器的嵌塞板有助于在采样过程中保持病毒活力。传统的MOUDI撞击式粒径切割器(100NR和110NR型)使用户能够进行定量生物分析,如聚合酶链反应(PCR)分析。

每天,TSI 都帮助研究人员回答重要问题并实现他们的目标。我们如何帮助您提高您所在领域知识的研究?

参考文献

  1. Zuo et al 2013, https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/02786826.2012.754841 
  2. Liu et al 2020, https://doi.org/10.1101/2020.03.08.982637

探索我们的病毒研究解决方案

粒径谱仪

用于发动机排放、大气和粒子研究。

粒子图像测速系统PIV

使用双脉冲激光技术测量粒子速度和其它流动特性。

级联撞击式粒径切割器

以2、10、30或100 L/min的流量采集10 nm-10µm的粒子。