空气中病源微生物消杀技术现状及发展趋势

侯立安

(中国工程院院士、中国人民解放军火箭军工程大学教授)

新冠病毒什么时候会出现,什么时候会结束,它的源头在哪里?我们经过了三年多的时间研究,现在世界上新冠疫情还在零星的散发,我想介绍一下空气中病原微生物消杀技术的现状及发展趋势。

首先讲一讲空气中病原微生物的传播途径。空气中的病原微生物,如果抛开新冠病毒这个事来说,它包括对人体动植物有害的一些病毒、细菌、支原体、真菌体、孢子,它们能够或者可能带来或引起一些传染病的发生,空气中的微生物一般是以气溶胶的形式存在的,因为新冠病毒的外形体积非常之小,是纳米级的,所以它传播的途径也以空气中气溶胶的传播为主。大家都知道在2019年底,2020年初的时候,我们医学界的科学家一直认为它的传播方式是两种,一个是飞沫传染,一个就是接触的传染,但是没有把空气中气溶胶的传播作为一种主要的传播方式,包括世卫组织也在2020年2月29号提出来新冠病毒空气传播的报告,主要是飞沫传播或接触传播,但实际上我们的团队根据当时疫情发生了以后,国内出现了一些实例案例,比如像在广州的一个餐厅里吃饭的时候,在通风相对比较好的环境新冠病毒感染的人数跟相对密封的环境就很不一样,也就是说在通风效果不好的地方,假如有新冠的感染者,传播的风险就会更大。再基于我们过去几十年的研究和一些科学家经过反复的研判,我们认为空气中气溶胶传播新冠病毒的风险是有的,而且我们这个观点与2022年的3月6号发表在中国科学报上,但是就是在这种情况下,官方一直是认为新冠病毒不是空气中气溶胶的传播,以至于后来大家都知道200多位世界上的顶级科学家向世卫组织写信,世卫组织才于2020年的7月认可了它。基本上就敲定新冠病毒的传播方式,包括空气中的气溶胶传播。一些相关研究出现的实际案例表明,空气中气溶胶传播新冠病毒的风险是非常大的,不容忽视,应该采取一些相应的技术和措施消杀和阻断。新冠病毒在空气中传播,我们怎样有效的避免它,把它消杀掉,我想这是我们要重点介绍的问题。

下面我介绍一下武汉封城以后,按照习近平总书记的指示,科技支援武汉疫区,我们开展了相关的研究,提出了空气中病原微生物的消杀方案,这项技术由9所大学和20多家科研单位共同完成,包括钟南山院士基金会也投入了大量的资金开展这项工作,我们提出了五位一体的空气净化控制技术,它主要是用我们已经获得的国家级、部委级的科技奖励和一些承担着国家的重点项目以及基金项目取得的一些研究成果的核心技术,再加上创新技术。我们这个项目创新技术就是用了石墨烯量子点来消杀新冠病毒。我简单介绍一下五位一体的流程,它是包括新风系统,假如大气中含有新冠病毒或者病原微生物,我们首先把它净化掉,然后再进入室内,因为室内或室外大气是相同的,我们通过这个系统,首先把室外含有的病原微生物给它杀掉。室内的净化系统也有一些,特别对病房、病区,对一些密闭的房间我们采取贴壁式的进风,这项技术也是国家的发明奖。另外加入室内的碳纳米材料空气净化器,还有石墨烯量子点的环境功能材料,还有紫外的消毒,另外辅以一个能够监测病原微生物、监测有害气体,同时又能进行消毒的机器人,通过这些系统再把被污染的空气排风的时候给处理掉,这个五位一体的净化过程。

新风系统这项技术是西南建筑科学大学的李安桂教授团队研究的,已经获得了国家的发明二等奖,主要是它能够把室内的新风分为清洁区、过渡区和污染区,就是新风进来以后先给病房里面医生、看护者,之后逐渐到病人的病房内,通过病床以后再排出去,这种专利技术一个是应用的范围比较大,另外一个创新性强,获得了国家的发明二等奖,它的核心部分是室内新风的传导方式。

云式空气净化器,它用相对科普一点的语言来说,最大的特点就是不需要过滤材料,不需要吸附材料,这样就能够有效的把病原微生物杀灭掉,既具有净化器的功能,同时它还可以加入一些消毒剂,使威力逐渐变大、沉淀,把空气中的病原微生物和其他污染物给净化掉,这个项目也获得了甘肃省的科技进步一等奖,是兰州大学王博副院长团队研究的,效果也是非常好。

多功能空气净化器,这是我们团队研制的,它最大的特点就是除了家用,像传统的空气净化器具有的功能之外,它又附加了一个杀菌灭菌或者是病原微生物消杀的模块,同时增加了炭纳米材料,它的净化效果会更好。

环境功能材料就是石墨烯量子点,是上海大学吴明红院士团队,他的团队研究的这个成果,非常的简洁,液体状,往墙上一喷,往地上一喷,对病原微生物,对病毒就有杀灭效果,实验效果非常的好。外国的科学家发现了石墨烯就获得了诺贝尔奖,现在我们中国的科学家更值得称赞,已经把石墨烯变成了产品,通过一些高端的技术用在包括新冠病毒消杀上,这是吴院士他们的团队做了大量的工作,真正用石墨烯造福人类,变成产品。

智能排风系统,我们上个世纪结合人防工程研究的一些创新成果,在SARS期间北京运送感染患者的车上就是我们这个研究团队做的,又经过这么十几年的积淀,我们把这个新风系统和智能的负压净化系统更进一步的优化创新,使得整个系统对病原微生物的消杀率,对气溶胶可以达到99.9996%,这是到目前为止这个指标相对最好的。另外我们研究的五位一体的净化技术在北京市政府人社局的具体协调下,支援了十堰,还有在江苏、河北、山东等地得到了推广应用,特别是钟南山院士基金会的资助,我们团队的同志也进行了一些捐助。在疫情期间就用了1000多台套,效果非常好的,同时我们也为武汉一些医疗废物处理的空气净化做了一些方案。另外编写了《看得见的空气污染》这本书,捐赠给疫区,得到了他们的好评,而且这本书已经被评为环保系统的科普奖励第一名。另外我们加强国际合作,跟住建部编了指南以后,住建部在网站发布了,国外把它译成了英文和德文以及瑞典文,供国际业界把我们的理念用在他们的防疫过程中,收到了很好的成效。

下面讲一讲病原微生物的消杀或者整个的系统和装备一些防控的策略及发展趋势。第一个是要重点加强室内病原微生物的防控,因为人一生中过去说70%以上的时间在室内度过,特别是老年人、病人、婴幼儿有的甚至100%的时间在室内度过,上班人群除了在室内,车内和办公室,也是相对密封的空间,因此要加强室内的空气污染控制。不仅仅是病原微生物、新冠病毒,还有一些传统的像甲醛、VOC、PM2.5等这些传统的污染物和病原微生物形成了复合污染,要进行有效的控制。同时要建立一个室内的空气应急技术体系,再就是我们刚才所提到的五位一体,实际上五位一体这个系统每个单元对空气中的病原微生物都有消杀作用。另外要完善室内健康风险评估的体系,过去我们大部分涉及到人体健康的研究都是定性的,要逐渐的往定量这个方向去转化,也就是定性和定量相结合。加强病原微生物,特别是病毒学的研究,研究定性+定量、流行病学+毒理学研究综合的开展室内健康风险的评估,这是一个交叉学科,主要涉及到环境,医学和营养学等研究。同时也要集成创新一些新的技术,我们研究的五位一体技术是就是靠过去几十年的积淀,靠新技术的创新,在短短不到一个月的时间就研制出设备,通过了实验,当时这个实验是在陕西省做的,陕西省的部门监测,我们通过这项研究感觉到在理念上、方法上、机制上,特别是在技术上还有很大的空间,还需要进一步的创新,还需要多学科的交叉攻关来解决室内的空气污染,特别是病原微生物新冠病毒的这种污染问题。要对一些时空分布的特性、病毒传播的途径以及健康的暴露风险进行综合的研究和评估。

在新冠肺炎疫情出现之后,我们研究了这么一套系统,现在在国内类似的一些装备和技术也有很多,但是目前还没有完全得到有效的利用,因为这项技术在过去的建筑设计,在通风系统,包括空气的净化里面,还没有太多的涉及到,也就是说缺少法律法规的依据和相关标准规范等支持这些顶层的设计,我们希望像这项技术能够在国家的指导下,在相关主管部门的引领下能够更进一步的造福人类,解决空气中的病原微生物、新冠病毒的消杀和污染问题。