北大研究團隊首次證實：人體呼吸是新冠病毒重要排放傳播方式

最近，全球科學家們呼籲承認COVID-19的空氣傳播，世界衛生組織（WHO）也相應地對指南進行了修改，指出不排除在擁擠和封閉環境下的空氣傳播可能，但是關於新冠病毒是如何排放到空氣中的直接證據非常稀少，也因此成為爭論的主要焦點。

針對這一系列問題，北京大學要茂盛教授團隊與北京市朝陽區疾病預防控制中心合作，採集並檢測到了早期新冠患者呼出氣中的新冠病毒，證實了人體呼吸本身就是非常重要的新冠病毒排放傳播的方式。同時也為通過利用呼出氣結合生物傳感開展現場無創快速新冠肺炎患者篩查包括處於潛伏期的和無症狀感染者提供了新的技術思路。

最新進展與突破

為進一步探索並揭示新冠病毒的傳播方式，環境科學與工程學院要茂盛教授團隊與北京市朝陽區疾病預防控制中心合作，招募了近60名新冠患者（境外輸送的和北京本土病例）、15名健康人群以及部分非新冠呼吸系統感染人群，通過利用北大團隊以前發明的呼出氣採集方法（獲發明專利），收集了這些人群的呼出氣冷凝液（Exhaled BreathCondensate），並利用RT-PCR（核酸擴增）方法展開進一步研究。

要茂盛團隊人員在採集新冠患者呼出氣冷凝液

研究發現早期新冠患者通過呼吸排放大量新冠病毒，每小時排放量高達幾百萬個。其中新冠患者呼出氣的新冠病毒陽性率高達約27%（總樣本量n=52），而新冠患者的所處環境相關物表的陽性率只有5.4%（總樣本量n=242）（每平方釐米檢出7-1700 個新冠病毒核酸）。此外，團隊對醫療環境、隔離酒店環境空氣中的新冠病毒也做了檢測，在部分樣品如衛生間空氣也發現了新冠病毒，濃度高達6000個病毒核酸每立方米，但由於醫院通風等措施，空氣中新冠病毒濃度偏低，低於RT-PCR檢測限。

要茂盛團隊人員在採集監測隔離酒店走廊的空氣中新冠病毒

有效控制新冠疫情需要阻斷其主要傳播途徑。目前世衛組織將大的呼吸液滴和直接接觸傳播作為新冠疫情的主要傳播途徑。相比之下，團隊研究發現新冠患者經常使用的手機表面（總樣本量n = 22）和各種手柄（總樣本量n = 35）的表面新冠病毒的檢出率較低（分別為9.0%和0%）。

「不少研究通過流行病調查和回顧手段，間接證實新冠肺炎在半封閉環境中真實存在。例如，在華盛頓州的一個唱詩班，中國廣州的一家餐館，還有近日的美國白宮玫瑰花園舉行的大法官提名儀式發生了群體感染事件。雖然我們沒有研究新冠病毒傳染性和傳播概率以及患者其它病毒釋放活動，如說話和唱歌，但我們的研究表明呼吸在新冠病毒向空氣中的排放中起著重要作用，這可能對觀察到的發生氣溶膠傳播的集群感染和持續的大流行起到了很大的作用。因此，加強通風和使用面罩等措施對於將空氣中新冠病毒感染的風險降至最低至關重要。」—— 要茂盛

要茂盛教授團隊過去利用同樣的方法，採集並檢測到了流感患者呼出氣中的流感病毒（Nano Lett. 2012, 12, 7, 3722–3730），而最近的這項研究首次證實人體呼吸本身就是非常重要的新冠病毒排放傳播的方式，呼出氣中大部分顆粒都小於PM2.5（粒徑小於2.5微米的顆粒）（Aerosol Air Qual Res. 2017; 17: 198-208），從而進一步揭示氣溶膠傳播擴散新冠病毒的事實，為未來更好阻斷空氣傳播、防控新冠病毒感染提供了重要的科學依據。

該研究同時也為通過利用呼出氣結合生物傳感開展現場無創快速新冠肺炎患者篩查包括處於潛伏期的和無症狀感染者提供了新的技術思路。研究成果以「Coronavirus Disease 2019 Patients in Earlier Stages Exhaled Millions of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 Per Hour」為題在線發表（Corrected Proof）在美國傳染病學會的旗艦期刊Clinical Infectious Diseases雜誌上。（在傳染病領域所有期刊中，Clinical Infectious Diseases雜誌一直處於最有影響力的前三名）。北京市朝陽區疾病預防控制中心的馬建新副主任醫師是論文的第一作者，要茂盛為唯一通訊作者。合作作者還包括北京朝陽疾控制中心齊嘯等，北京大學研究生陳灝軒、李心月、張璐，以及地壇醫院、加州理工、聖路易斯華盛頓大學、辛辛那提大學、昆士蘭理工大學的科研人員。該項目得到國家自然科學基金新冠專項項目（基金號22040101）以及國家自然科學基金委國家傑出青年科學基金（基金號21725701）的資助。

早期抗擊新冠疫情之路

2020年1月21日，為了幫助大眾對新型冠狀病毒有一個更好的認識，減少恐慌、降低疫情傳播蔓延風險，北京大學環境科學與工程學院生物氣溶膠實驗室要茂盛教授團隊發布了對新型冠狀病毒（COVID-19）的形勢分析報告（簡要介紹了冠狀病毒、歷史上類似的冠狀病毒爆發事件、武漢新病毒疫情及主要進展，以及新冠狀病毒的檢測和防護等方面），短時間內被閱讀9萬。

依據新型冠狀病毒不耐高溫，56℃死亡的特性，要茂盛教授團隊闡述了一種可以採用微波滅活技術來有效殺死COVID-19病毒的方法，利用微波加熱使口罩上的病毒失活，從而可以在口罩嚴重短缺時再生口罩（對沒有金屬絲的或摘掉金屬絲後）。

為了探索外界環境對COVID-19傳播的影響，要茂盛教授團隊發布題為「海拔高度與環境因素對新冠病毒疫情的影響」的報告，分析了溼度、溫度、臭氧等對新冠病毒活性與新冠肺炎傳播的影響。

2020年1月27日，要茂盛組織召開了新冠病毒疫情網絡研討會，要茂盛教授提到地面揚塵氣溶膠可能是病毒暴露的另一途徑。面對之後《環球時報》記者關於「氣溶膠能否傳播新冠病毒」的採訪，要茂盛教授回應：「如果沒有足夠的通風，例如在狹窄的空間，例如汽車或辦公室內部，也應該考慮氣溶膠的傳播。」

COVID-19科普與抗疫

受到媒體、學者聯合會的邀請，要茂盛教授就COVID-19在空氣中傳播擴散的科學依據及如何科學防護進行了較為全面的宣傳科普，對幫助公眾提高COVID-19的認識和防控意識起到重要作用。

疫情初期，許多公眾缺乏防疫意識。要茂盛教授接受新華社、《中國科學報》等採訪時，便針對氣溶膠傳播新冠病毒的條件和影響因素做了較為全面科普，提供了相關指導與建議，為科學防疫做出了積極貢獻。

為了更好地了解疫情動態及發展，要茂盛自建數學模型預測國內外疫情動態，特別是武漢的疫情發展趨勢，模型預測與個別國家和地區的實際疫情非常吻合。與此同時，要茂盛教授團隊利用他們的專業性，優化升級了採樣機器人等病毒檢測設備，並為武漢、北京進行空氣中的病毒檢測，為抗擊疫情提供了實質性的幫助。

早期中國新冠肺炎疫情的預測

為幫助快速檢測空氣中的新冠病毒，要茂盛教授團隊受中國工程院、國家自然基金委的資助，對現有國家發明專利（ZL 2016 1 0857255.9）進行改造升級，集成實驗室研發的大流量空氣採樣與機器人、核酸擴增與現有恆溫擴增等技術，創建了現場空氣中新冠病毒快速檢測系統Air-Cov-Watch（ACW）。通過利用機器人採樣，可以針對醫療環境以及公共場所進行程序化掃描式地採集氣溶膠樣品，無需人員進入即可獲取在任何區域的氣溶膠樣品，然後指令機器人將樣品送到指定地點，工作人員可以對氣溶膠樣品中新冠病毒展開現場快速檢測。

疫情初期，要茂盛團隊聯合江蘇疾控與北京朝陽疾控同時啟動了環境空氣、新冠患者呼出氣以及環境物體表面新冠病毒的監測。通過利用創建機器人採樣採集空氣中的新冠病毒，利用自主研發的呼出氣冷凝液採集裝置採集呼出氣中的新冠病毒。

今年4月7日，要茂盛受International Society of Indoor AirQuality and Climate的邀請向來自全世界200多位專家以「Aerosol and Breath Transmission ofSARS-CoV-2 Virus」為題，分享了抗擊新冠疫情的最新進展。作為「迎接世界衛生組織考察專家組」的病毒學專業組的專家之一，要茂盛對北京新發地疫情的可能存在的氣溶膠傳播情形做了分析與指導。

要茂盛簡介

要茂盛，北京大學長聘教授、博士生導師，2017年獲國家傑出青年科學基金資助，北京大學生物氣溶膠實驗室負責人，主要從事生物氣溶膠與空氣汙染健康研究。1998年本科畢業於中南大學礦物加工系，1999 -2007年留學美國，先後獲美國阿拉巴馬大學環境工程碩士、Rutgers大學環境科學博士，2006-2007於耶魯大學化工與環境工程從事博士後研究，2007年入選北京大學「百人計劃」。

主持10多項國家自然基金項目，創建了空氣生物安全防禦系統BioSTAND，並實現產業化。相關成果在武漢、北京新冠疫情監測得到大量應用。研究成果以第一/通訊作者身份在Nano Letters、Angew Chem Intl Ed、Clinical Infectious Diseases、ES&T等SCI刊物發表75篇文章，研究成果獲ES&T刊物2018年度最佳論文獎，多次被美國化學協會CE&N等媒體選為研究亮點或學術新聞宣傳報導。

曾獲美國氣溶膠協會Kenneth T. Whitby、歐洲Marian Smoluchowski、亞洲AYASA青年氣溶膠科學家傑出貢獻獎。於2016年獲國家技術發明二等獎（「生物氣溶膠實時監測危害預測與控制技術」）與第44屆日內瓦國際發明展特別金獎（「GREATpa」技術）。作為執行主席之一，組織召開首屆生物氣溶膠香山科學會議（2017年）以及耐藥基因香山科學會議（2019年）。指導的博士生論文獲美國氣溶膠協會（AAAR）Sheldon K. Friedlander傑出博士論文獎。目前擔任中國環境科學學會室內與環境健康分會常務副理事長。

來源：北京大學