多所瑞士大学的一项联合研究发现，室内空气中的气溶胶酸度皆有所不同，而这种酸度决定了流感和 SARS-CoV-2 等病毒在空气中保持传染性的时间——这项发现对病毒的传播和遏制策略具有深远影响。
SARS-CoV-2、流感病毒等病毒基本上是通过搭便车在人与人之间传播的。这些是细小分散的颗粒，含有悬浮在空气中的液体，被感染者在咳嗽、打喷嚏或只是呼气时会排出，并可能被其他人吸入。
这就是为什么人们普遍认为有效通风和过滤室内空气很重要：因为这样才能降低家庭、办公室和公共交通工具中的气溶胶颗粒浓度，并降低感染风险。
也就是说，赶紧打开你的窗户吧！
如何让悬浮颗粒“变酸”？
目前尚不清楚气溶胶中的病毒能保持传染性多久。一些研究表明，空气的湿度和温度可能会影响病毒的持久性。迄今为止，一个被低估的因素是呼出气溶胶的化学成分，尤其是其酸度及其与室内空气的相互作用。许多病毒，如甲型流感病毒，对酸敏感；呼出的气溶胶颗粒可以吸收室内空气中的挥发性酸和其他空气传播物质，其中包括乙酸、硝酸或氨，进而影响颗粒的酸度 (pH) 水平。
目前还没有关于呼气后气溶胶酸化对其携带的病毒载量的影响的研究。
现在，来自苏黎世联邦理工学院、洛桑联邦理工学院和苏黎世大学的一组研究人员对此进行了调查。在一项新的研究中，他们首次展示了气溶胶颗粒的 pH 在不同环境条件下呼气后的几秒和几小时内如何变化。此外，他们还展示了这如何影响颗粒中包含的病毒。该研究刚刚发表在《环境科学与技术》杂志上。
呼出的小气溶胶颗粒 很快变成酸性
据研究人员称，呼出的气溶胶酸化速度非常快，比某些人预期的要快。他们这样做的速度取决于周围空气中酸分子的浓度和气溶胶颗粒的大小。该团队检查了鼻粘液和专门为该研究合成的肺液中的微小液滴（直径几微米）。在典型的室内空气中，这些液滴仅用了大约 100 秒就达到了 pH 值 4，这大致相当于橙汁的酸度。
pH值是酸度的量度：中性溶液的pH值为7；酸性溶液的pH值小于7；基本解大于7。
研究人员认为，气溶胶的酸化主要是由于从外部空气进入的硝酸。它通过打开的窗户或通风系统从室外吸入空气时进入室内空间。硝酸是由氮氧化物 (NOx) 的化学转化形成的，氮氧化物主要作为燃烧过程的产物与柴油发动机和家用炉的废气一起释放到环境中。因此，在城市和大都市区存在氮氧化物和硝酸的永久供应。
硝酸会迅速粘附在表面、家具、衣服和皮肤上，但也会被呼出的微小气溶胶颗粒吸收。这会增加它们的酸度并降低它们的 pH 值。
气溶胶 pH 值是病毒灭活的关键
研究小组进一步表明，酸性环境可以对困在呼出的粘液颗粒中的病毒灭活的速度产生决定性影响。这两种病毒被发现具有不同的酸敏感性：SARS-CoV-2 的耐酸性如此之强，起初专家们不相信他们的测量结果。需要低于 2 的 pH 值，即非常酸性的条件，例如未稀释的柠檬汁中的条件，才能使冠状病毒失活。在典型的室内空气中无法达到这样的条件。另一方面，A 型流感病毒在 pH 值为 4 的酸性条件下仅一分钟后就会失活。在典型的室内环境中，新鲜呼出的粘液颗粒在不到两分钟的时间内达到该水平。
将气溶胶酸化所需的时间加上在 pH 值为 4 或更低时灭活流感病毒所需的时间，很快就会清楚，大约三分钟后，99% 的甲型流感病毒将在气溶胶中灭活。这么短的时间跨度让研究人员感到惊讶。SARS-CoV-2 是另一回事：由于在典型的室内空间中气溶胶 pH 值几乎不会低于 3.5，因此 99% 的冠状病毒需要数天才能被灭活。
研究表明，在通风良好的房间内，气溶胶中甲型流感病毒的灭活效果非常好，SARS-CoV-2 的威胁也可以降低（下图）。然而在通风不良的房间里，气溶胶含有活性病毒的风险是新鲜空气充足的房间的 100 倍。
这导致研究人员建议室内房间经常和良好的通风，以便将带有病毒的室内空气和人们和室内活动排放的氨等基本物质带到室外，而室外空气中的酸性成分可以进入室内。房间数量充足。
过滤去除空气中的酸
即使是带空气过滤器的普通空调系统也能减少挥发性酸。“在使用活性炭过滤器的博物馆、图书馆或医院中，除酸效果可能更为明显。在这样的公共建筑中，与提供未经过滤的室外空气的建筑物相比，流感传播的相对风险会显着增加，”该团队在文章中写道。
作为回应，研究小组可以想象在过滤后的空气中加入少量挥发性酸，如硝酸，并去除氨等碱性物质，以加速气溶胶的酸化。根据这项研究，浓度约为 50 ppb（空气中的十亿分之一，是工作场所 8 小时法定限制的 1/40）的硝酸浓度可以将 COVID-19 感染的风险降低一千倍（见上图数据）。
通向更健康的室内气候的漫长道路
然而，研究人员也意识到这种措施将引起很大争议，因为尚不清楚这种酸水平可能会产生什么后果。博物馆或图书馆非常彻底地过滤空气，以防止损坏艺术品和书籍。土木工程师也不会高兴，因为添加酸可能会损坏材料或管道。因此，参与该研究的研究人员同意需要进行长期研究来评估对人员和结构的风险。因此，使用挥发性酸有效灭活气溶胶颗粒中的病毒可能不容易确定为一种病毒控制措施，而去除氨——一种容易被人排放的化合物和一种在提高 pH 值时稳定病毒的物质——不应该有争议的。
成功合作
本研究是苏黎世联邦理工学院、洛桑联邦理工学院和苏黎世大学研究人员跨学科合作的结果。经过多年准备，这项工作于 2019 年作为一个仅针对流感的项目展开。鉴于 COVID-19 大流行，研究人员将范围扩大到包括新的冠状病毒。
苏黎世大学医学病毒学研究所 Silke Stertz 领导的小组的研究人员与 Tamar Kohn 领导的 EPFL 环境化学实验室的同事一起研究了这两种病毒如何对酸性环境做出反应，Tamar Kohn 也是这个 SNSF Sinergia 项目。他们测试了甲型流感病毒和冠状病毒对人工产生的肺液和鼻腔或肺粘液中不同酸性条件的敏感性，科学家们之前是从专门培养的粘液细胞培养物中获取这些物质的。
苏黎世联邦理工学院大气化学小组的研究人员在 Thomas Peter 和 Ulrich Krieger 的带领下，使用电动粒子陷阱研究了粘液气溶胶的行为。有了这种设备，研究人员可以“保持”单个悬浮颗粒数天或数周，并在不接触表面的情况下研究气溶胶，例如，查看湿度变化如何影气溶胶。
Peter 小组还负责执行模型模拟。这种基于模型的方法可能被证明是整个研究的一个弱点；空气传播的病毒在酸性气溶胶中的真实行为还有待进一步实验观察。考虑到这些，由 EPFL 的 Athanasios Nenes 领导的研究人员最初提出酸度可能是病毒活性的重要调节剂，他们开发了实验技术和建模方法，使未来的实验能够在严格的生物安全条件下和使用室内空气的不同成分。
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