南卡罗莱纳大学ShamiaHoque教

前言

年新冠病毒(COVID-19)的大流行提示有必要建立室内环境条件下病毒命运和转运机制。已有研究探索了表面微生物附着的生物学和动力学过程,但还没有在建筑环境中进行研究。有必要识别病毒和其他微生物在建筑环境中所采取的未被发现的转运途径,从而评估室内建筑空间中微生物的命运和转运。

正文

严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)在空气和物体表面能存活多久尚未知。要成功限制病毒的传播,需要有效控制SARS-CoV-2在空气和表面的传播、沉积和粘附。为了深入了解这些过程及其对微生物在室内空间的命运和运输的影响,美国南卡罗莱纳大学ShamiaHoque教授团队发表重要论述:在室内空间中包膜病毒的命运和转运-通过理解牛痘病毒及表面相互作用。作者评估了一种包膜病毒模型即牛痘病毒(VACV),在流动条件下在建筑环境中各种表面上的粘附行为。本文探究了表面性质对牛痘病毒在金、二氧化硅、玻璃和不锈钢表面粘附动力学的影响。本文还总结了目前关于颗粒在室内空间的沉积、附着和再夹带以及材料性质对颗粒运输行为的影响等方面的研究现状。该研究结果进一步强调了汇集不同研究领域来评估室内建筑空间中微生物的命运和运输的重要性。

作者首先介绍了边界层和表面界面影响颗粒的运输和沉积,包括携带病毒的液滴(图1)。释放出来的病毒液滴或气溶胶病毒会随着时间的推移到达靠近表面的边界层,随后附着在表面上并粘附。附着过程受表面特性的影响,这些特性包括表面粗糙度、孔隙率或形貌,或微生物特性(流动性、灵活性或亲水性)等。

图1、病毒粒子在散体流和边界层流的命运和运输示意图。

作者进一步分析了表面类型对VACV附着和分离的影响(表1)。玻璃和二氧化硅似乎是最干净的表面,附着的病毒很容易清洗(图2)。流动对真空表面相互作用行为的影响还有待研究。本文还从三个方面讨论影响气溶胶(包括微生物)归宿和迁移的因素:影响沉积的现象、控制表面相互作用的附着力、再悬浮机制。

表1、通过QCM-D的病毒粘附动力学显示了粘附和脱离的频率和耗散位移的细节,四种类型的传感器被用于研究传感器材料类型与病毒粘附之间的关系,金,硅,玻璃和不锈钢。

图2、金(A)、SiO2(B)、玻璃(C)和不锈钢(D)的VACV的频散图。粘附过程的步骤:1粘附,2达到饱和,3分离。VACV:牛痘病毒。

展望

建立关于病毒在室内环境条件下如何优化生存能力和传播的基线信息的很有必要。基于以上讨论,对这一现象的理解可以分为三大类:(1)研究室内环境因素和表面特性对边界流动特性的影响;(2)评估相同变量对各种现象的影响;(3)物理和生物特性对微生物在表面的沉积、附着和持久性的影响。通常这三个类别是相互独立的,在类别1和2中出现一些重叠。但是,一个有各种细菌、病毒和真菌种类的室内环境,以及一个不断发展的微生物世界,包含了所有这三类,如图3所示。为了成功理解、评估和预测室内环境如何持续传播,我们必须弥合这些领域之间的差距。

图3、简述了目前的研究现状和未来的研究方向。

团队介绍

美国哥伦比亚南卡罗莱纳大学土木与环境工程系ShamiaHoque教授团队主要从事传染病传播、流体动力学和数学生物学等研究。她的工作评估了不同的室内设计、通风和表面特性对边界层发展、气流模式、微生物沉积和扩散的影响。通过耦合流体动力学模拟和统计分析的信息,建立用户友好的预测集成框架,为急救人员和公共卫生官员提供了先验信息和设计工具。曾获得AEESP基金会颁发的LevelIIIScienceandTechnologyAchievementAward(STAA)奖项。在COVID-19大流行期间,她的工作成果被广泛报道。

该论文以题为“Fateandtransportofenvelopedvirusesinindoorbuiltspaces-throughunderstandingvacciniavirusandsurfaceinteractions”发表在国际期刊BiomaterialsTranslational

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