空氣中病源微生物消殺技術現狀及發展趨勢

侯立安

(中國工程院院士、中國人民解放軍火箭軍工程大學教授)

新冠病毒什么時候會出現,什么時候會結束,它的源頭在哪里?我們經過了三年多的時間研究,現在世界上新冠疫情還在零星的散發,我想介紹一下空氣中病原微生物消殺技術的現狀及發展趨勢。

首先講一講空氣中病原微生物的傳播途徑。空氣中的病原微生物,如果拋開新冠病毒這個事來說,它包括對人體動植物有害的一些病毒、細菌、支原體、真菌體、孢子,它們能夠或者可能帶來或引起一些傳染病的發生,空氣中的微生物一般是以氣溶膠的形式存在的,因為新冠病毒的外形體積非常之小,是納米級的,所以它傳播的途徑也以空氣中氣溶膠的傳播為主。大家都知道在2019年底,2020年初的時候,我們醫學界的科學家一直認為它的傳播方式是兩種,一個是飛沫傳染,一個就是接觸的傳染,但是沒有把空氣中氣溶膠的傳播作為一種主要的傳播方式,包括世衛組織也在2020年2月29號提出來新冠病毒空氣傳播的報告,主要是飛沫傳播或接觸傳播,但實際上我們的團隊根據當時疫情發生了以后,國內出現了一些實例案例,比如像在廣州的一個餐廳里吃飯的時候,在通風相對比較好的環境新冠病毒感染的人數跟相對密封的環境就很不一樣,也就是說在通風效果不好的地方,假如有新冠的感染者,傳播的風險就會更大。再基于我們過去幾十年的研究和一些科學家經過反復的研判,我們認為空氣中氣溶膠傳播新冠病毒的風險是有的,而且我們這個觀點與2022年的3月6號發表在中國科學報上,但是就是在這種情況下,官方一直是認為新冠病毒不是空氣中氣溶膠的傳播,以至于后來大家都知道200多位世界上的頂級科學家向世衛組織寫信,世衛組織才于2020年的7月認可了它。基本上就敲定新冠病毒的傳播方式,包括空氣中的氣溶膠傳播。一些相關研究出現的實際案例表明,空氣中氣溶膠傳播新冠病毒的風險是非常大的,不容忽視,應該采取一些相應的技術和措施消殺和阻斷。新冠病毒在空氣中傳播,我們怎樣有效的避免它,把它消殺掉,我想這是我們要重點介紹的問題。

下面我介紹一下武漢封城以后,按照習近平總書記的指示,科技支援武漢疫區,我們開展了相關的研究,提出了空氣中病原微生物的消殺方案,這項技術由9所大學和20多家科研單位共同完成,包括鐘南山院士基金會也投入了大量的資金開展這項工作,我們提出了五位一體的空氣凈化控制技術,它主要是用我們已經獲得的國家級、部委級的科技獎勵和一些承擔著國家的重點項目以及基金項目取得的一些研究成果的核心技術,再加上創新技術。我們這個項目創新技術就是用了石墨烯量子點來消殺新冠病毒。我簡單介紹一下五位一體的流程,它是包括新風系統,假如大氣中含有新冠病毒或者病原微生物,我們首先把它凈化掉,然后再進入室內,因為室內或室外大氣是相同的,我們通過這個系統,首先把室外含有的病原微生物給它殺掉。室內的凈化系統也有一些,特別對病房、病區,對一些密閉的房間我們采取貼壁式的進風,這項技術也是國家的發明獎。另外加入室內的碳納米材料空氣凈化器,還有石墨烯量子點的環境功能材料,還有紫外的消毒,另外輔以一個能夠監測病原微生物、監測有害氣體,同時又能進行消毒的機器人,通過這些系統再把被污染的空氣排風的時候給處理掉,這個五位一體的凈化過程。

新風系統這項技術是西南建筑科學大學的李安桂教授團隊研究的,已經獲得了國家的發明二等獎,主要是它能夠把室內的新風分為清潔區、過渡區和污染區,就是新風進來以后先給病房里面醫生、看護者,之后逐漸到病人的病房內,通過病床以后再排出去,這種專利技術一個是應用的范圍比較大,另外一個創新性強,獲得了國家的發明二等獎,它的核心部分是室內新風的傳導方式。

云式空氣凈化器,它用相對科普一點的語言來說,最大的特點就是不需要過濾材料,不需要吸附材料,這樣就能夠有效的把病原微生物殺滅掉,既具有凈化器的功能,同時它還可以加入一些消毒劑,使威力逐漸變大、沉淀,把空氣中的病原微生物和其他污染物給凈化掉,這個項目也獲得了甘肅省的科技進步一等獎,是蘭州大學王博副院長團隊研究的,效果也是非常好。

多功能空氣凈化器,這是我們團隊研制的,它最大的特點就是除了家用,像傳統的空氣凈化器具有的功能之外,它又附加了一個殺菌滅菌或者是病原微生物消殺的模塊,同時增加了炭納米材料,它的凈化效果會更好。

環境功能材料就是石墨烯量子點,是上海大學吳明紅院士團隊,他的團隊研究的這個成果,非常的簡潔,液體狀,往墻上一噴,往地上一噴,對病原微生物,對病毒就有殺滅效果,實驗效果非常的好。外國的科學家發現了石墨烯就獲得了諾貝爾獎,現在我們中國的科學家更值得稱贊,已經把石墨烯變成了產品,通過一些高端的技術用在包括新冠病毒消殺上,這是吳院士他們的團隊做了大量的工作,真正用石墨烯造福人類,變成產品。

智能排風系統,我們上個世紀結合人防工程研究的一些創新成果,在SARS期間北京運送感染患者的車上就是我們這個研究團隊做的,又經過這么十幾年的積淀,我們把這個新風系統和智能的負壓凈化系統更進一步的優化創新,使得整個系統對病原微生物的消殺率,對氣溶膠可以達到99.9996%,這是到目前為止這個指標相對最好的。另外我們研究的五位一體的凈化技術在北京市政府人社局的具體協調下,支援了十堰,還有在江蘇、河北、山東等地得到了推廣應用,特別是鐘南山院士基金會的資助,我們團隊的同志也進行了一些捐助。在疫情期間就用了1000多臺套,效果非常好的,同時我們也為武漢一些醫療廢物處理的空氣凈化做了一些方案。另外編寫了《看得見的空氣污染》這本書,捐贈給疫區,得到了他們的好評,而且這本書已經被評為環保系統的科普獎勵第一名。另外我們加強國際合作,跟住建部編了指南以后,住建部在網站發布了,國外把它譯成了英文和德文以及瑞典文,供國際業界把我們的理念用在他們的防疫過程中,收到了很好的成效。

下面講一講病原微生物的消殺或者整個的系統和裝備一些防控的策略及發展趨勢。第一個是要重點加強室內病原微生物的防控,因為人一生中過去說70%以上的時間在室內度過,特別是老年人、病人、嬰幼兒有的甚至100%的時間在室內度過,上班人群除了在室內,車內和辦公室,也是相對密封的空間,因此要加強室內的空氣污染控制。不僅僅是病原微生物、新冠病毒,還有一些傳統的像甲醛、VOC、PM2.5等這些傳統的污染物和病原微生物形成了復合污染,要進行有效的控制。同時要建立一個室內的空氣應急技術體系,再就是我們剛才所提到的五位一體,實際上五位一體這個系統每個單元對空氣中的病原微生物都有消殺作用。另外要完善室內健康風險評估的體系,過去我們大部分涉及到人體健康的研究都是定性的,要逐漸的往定量這個方向去轉化,也就是定性和定量相結合。加強病原微生物,特別是病毒學的研究,研究定性+定量、流行病學+毒理學研究綜合的開展室內健康風險的評估,這是一個交叉學科,主要涉及到環境,醫學和營養學等研究。同時也要集成創新一些新的技術,我們研究的五位一體技術是就是靠過去幾十年的積淀,靠新技術的創新,在短短不到一個月的時間就研制出設備,通過了實驗,當時這個實驗是在陜西省做的,陜西省的部門監測,我們通過這項研究感覺到在理念上、方法上、機制上,特別是在技術上還有很大的空間,還需要進一步的創新,還需要多學科的交叉攻關來解決室內的空氣污染,特別是病原微生物新冠病毒的這種污染問題。要對一些時空分布的特性、病毒傳播的途徑以及健康的暴露風險進行綜合的研究和評估。

在新冠肺炎疫情出現之后,我們研究了這么一套系統,現在在國內類似的一些裝備和技術也有很多,但是目前還沒有完全得到有效的利用,因為這項技術在過去的建筑設計,在通風系統,包括空氣的凈化里面,還沒有太多的涉及到,也就是說缺少法律法規的依據和相關標準規范等支持這些頂層的設計,我們希望像這項技術能夠在國家的指導下,在相關主管部門的引領下能夠更進一步的造福人類,解決空氣中的病原微生物、新冠病毒的消殺和污染問題。