劉甜恬，易思奇，郭玉冰，周 榮

（1.廣東藥科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，廣東 廣州 510310；2.呼研所生物安全科技（廣州）股份有限公司，廣東 廣州 510180）

自20 世紀(jì)70年代以來(lái)，新發(fā)突發(fā)傳染性疾病頻頻爆發(fā)，嚴(yán)重危害著人類健康安全，阻礙社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。例如，2003年爆發(fā)的SARS（嚴(yán)重急性呼吸綜合征）導(dǎo)致8 000 多人發(fā)病，774 人死亡[2-3]；2012年爆發(fā)的MERS（中東呼吸綜合征冠狀病毒）導(dǎo)致1 100 多人發(fā)病，400 多人死亡[4]；2016年的H7N9 禽流感導(dǎo)致721 人發(fā)病，285 人死亡[5]；2019年爆發(fā)了新型冠狀病毒肺炎，自2019年新型冠狀病毒大流行開始以來(lái)，截至2020-12-20，已有7 500 多萬(wàn)人發(fā)病，160 多萬(wàn)人死亡[6]。

2019年12月底，由嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒-2（SARS-CoV-2）引起的新型冠狀病毒肺炎全球大流行爆發(fā)后，再次引起了人們對(duì)于病毒在空氣中傳播的可能性的探討[7]。有研究證明，SARS-CoV-2 在室內(nèi)環(huán)境中有通過(guò)空氣進(jìn)行傳播的潛力[8]，若室內(nèi)空氣污染，則會(huì)導(dǎo)致更為嚴(yán)重的疾病爆發(fā)。室內(nèi)活動(dòng)，如北方冬天燃煤取暖、室內(nèi)吸煙、點(diǎn)蚊香等活動(dòng)均會(huì)引起室內(nèi)空氣質(zhì)量下降。室內(nèi)空氣質(zhì)量差已成為多種疾病的誘因，對(duì)人體健康造成巨大影響，是危害人類健康的“隱形殺手”[9]，其中，室內(nèi)空氣微生物的質(zhì)量濃度升高將引起人們（特別是免疫力低下的老人和嬰幼兒）出現(xiàn)呼吸道感染、過(guò)敏等癥狀[10-11]。例如白血病患者在化療期間免疫功能紊亂，導(dǎo)致免疫力下降[12]，若室內(nèi)空氣質(zhì)量下降則易導(dǎo)致患者出現(xiàn)化療后感染，而化療后感染多發(fā)生于呼吸道、消化道和口腔，以呼吸道居首位[13]，而呼吸道感染主要是由空氣氣溶膠引起?？諝庵写嬖诘拇罅繑y帶各種生物特質(zhì)的顆粒物，被稱作生物氣溶膠，顆粒物攜帶的病毒、細(xì)菌和毒素等，將對(duì)人類的身體健康造成巨大的影響[14-15]?！?002年世界衛(wèi)生報(bào)告》指出，全球約50%的人處于室內(nèi)空氣污染環(huán)境中，室內(nèi)環(huán)境污染已引起35.7%的呼吸道疾病，22%的慢性肺炎和15%的氣管炎、支氣管炎和肺癌[9]。因此，室內(nèi)空氣的凈化對(duì)居民的公眾衛(wèi)生健康具有非常重要的作用。

此項(xiàng)研究的目的是確定內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)是否對(duì)室內(nèi)顆粒物和室內(nèi)微生物有凈化效果。因此，在房間中開啟內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)并測(cè)定房間里的空氣含菌量和懸浮粒子的質(zhì)量濃度，計(jì)算其凈化率，評(píng)價(jià)內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)的空氣凈化效果。研究的結(jié)果有望為室內(nèi)空氣污染的感染防控提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)

內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)主要由初效過(guò)濾網(wǎng)和高效過(guò)濾網(wǎng)組成。室內(nèi)空氣經(jīng)由床內(nèi)風(fēng)機(jī)吸入進(jìn)風(fēng)道，空氣經(jīng)過(guò)初效過(guò)濾網(wǎng)，空氣中的懸浮粒子或微生物被過(guò)濾網(wǎng)有效阻擋在摺與摺之間，潔凈空氣從另一面流出經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾網(wǎng)，空氣中細(xì)小的懸浮粒子或微生物再一次被有效阻擋在過(guò)濾網(wǎng)的纖維表面上，潔凈空氣排出、循環(huán)，達(dá)到凈化空氣效果。內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)床體結(jié)構(gòu)和凈化系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)床體的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑與設(shè)備

選擇的實(shí)驗(yàn)試劑與設(shè)備如下：大豆酪蛋白瓊脂培養(yǎng)基（廣東環(huán)凱微生物）、電熱恒溫培養(yǎng)箱（DHP-9082B）、高壓蒸汽滅菌鍋，Y09-301 型激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器（蘇信環(huán)境科技有限公司）、CMI-1600微生物鑒定質(zhì)譜儀（廣州禾信康源醫(yī)療科技有限公司）。

1.3 采樣點(diǎn)

在4.37 m×4.12 m×2.7 m（長(zhǎng)×寬×高）的房間中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)凈化效果實(shí)驗(yàn)采用五點(diǎn)采樣法[16]，如圖2所示。在房間的對(duì)角和中央離墻面水平距離大于0.5 m，垂直距離與地面約1.4 m 處設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)分布如圖2（a）所示，懸浮粒子凈化實(shí)驗(yàn)采樣如圖2（b）所示，微生物凈化實(shí)驗(yàn)采樣如圖2（c）所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)采樣點(diǎn)圖

1.4 室內(nèi)空氣采集

選擇廣州大學(xué)城某高校大小、面積相同的9 間宿舍，每間宿舍居住4 人。在20：00—21：30 時(shí)間段，用Y09-301 型激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器在房間中心處采樣測(cè)定，流速為2.83 L/min，采樣20 s，每點(diǎn)連續(xù)采樣3次，取平均值為該點(diǎn)顆粒物的質(zhì)量濃度，連續(xù)采樣15 min，連續(xù)測(cè)量7 d。

在選擇的9間宿舍里按照采樣點(diǎn)的順序依次放置、打開平板，采樣30 min，然后把采集完的平板倒置在恒溫培養(yǎng)箱（36±1）℃培養(yǎng)48～72 h。觀察結(jié)果，并記錄各平板菌落數(shù)，通過(guò)公式計(jì)算對(duì)照組的空氣含菌量，并使用CMI-1600 全自動(dòng)微生物質(zhì)譜儀對(duì)所采集的樣本進(jìn)行細(xì)菌鑒定。

1.5 宿舍條件下內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)凈化效果探究

采用五點(diǎn)法采樣[16]，關(guān)閉房間門窗，采樣過(guò)程內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)床體門簾處于拉開狀態(tài)。用Y09-301 型激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器在5個(gè)采樣點(diǎn)處采樣測(cè)定，流速為2.83 L/min，采樣20 s，每點(diǎn)連續(xù)采樣3 次，取平均值為該點(diǎn)的顆粒物的質(zhì)量濃度。測(cè)定房間初始的質(zhì)量濃度，記為0 min，然后分別開啟床體內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)低擋、高擋，每隔10 min、30 min、120 min 后對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行采樣，并計(jì)算凈化系統(tǒng)各擋位對(duì)空氣中懸浮粒子的凈化率。

采用五點(diǎn)法采樣[16]，采樣過(guò)程中內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)床體門簾處于拉開狀態(tài)。將配制好的平板，放在采樣點(diǎn)處，按照采樣點(diǎn)的順序依次放置、打開平板，使平板暴露1.5 h；另取3個(gè)待用平板置于測(cè)試區(qū)內(nèi)，無(wú)需擺放打開，作為本次測(cè)試的空白對(duì)照平板。采樣完成，將平板放在（36±1）℃恒溫培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)48～72 h，觀察結(jié)果，并記錄各平板菌落數(shù)，通過(guò)公式計(jì)算對(duì)照組的空氣含菌量。然后分別開啟床體內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)低擋、高擋100 min，重復(fù)對(duì)照組的操作，記錄各平板菌落數(shù)，計(jì)算凈化系統(tǒng)各擋位對(duì)空氣中微生物的凈化率，并使用CMI-1600 全自動(dòng)微生物質(zhì)譜儀對(duì)所采集的樣本進(jìn)行細(xì)菌鑒定。

1.6 計(jì)算公式

凈化率的公式為：

式（1）中：K為凈化率，%；C0為0 時(shí)粒子的質(zhì)量濃度；Ct為t時(shí)粒子的質(zhì)量濃度。

式（2）中：C為每立方米菌落數(shù)，cfu/m3；N為平均菌落數(shù)；A為平皿面積，cm2；T為平皿暴露時(shí)間，min。

2 結(jié)果

2.1 室內(nèi)環(huán)境空氣

9 間宿舍室內(nèi)粒徑大于等于0.3 μm 的懸浮粒子顆粒數(shù)如圖3所示。在監(jiān)測(cè)的7 d內(nèi)，粒徑大于等于0.3 μm的懸浮粒子顆粒數(shù)最高可達(dá)121 511.8個(gè)/L；最低可達(dá)13 548個(gè)/L。當(dāng)空氣質(zhì)量指數(shù)AQI 為優(yōu)、良時(shí)（AQI為34～80），室內(nèi)空氣粒徑大于等于0.3 μm 的懸浮粒子顆粒數(shù)低于50 000；而當(dāng)空氣質(zhì)量指數(shù)AQI 為輕度污染（2021-04-06，AQI 為122）時(shí)，室內(nèi)空氣粒徑大于等于0.3 μm 的懸浮粒子顆粒數(shù)可高達(dá)10 萬(wàn)以上?？諝赓|(zhì)量指數(shù)AQI 與室內(nèi)空氣顆粒物數(shù)密切相關(guān)。在監(jiān)測(cè)的7 d 內(nèi)，空氣質(zhì)量指數(shù)AQI 沒(méi)有中度污染到嚴(yán)重污染的情況，但就目前的結(jié)果可知，當(dāng)空氣污染更為嚴(yán)重時(shí)，室內(nèi)空氣顆粒物數(shù)將會(huì)更高。

圖3 宿舍粒徑大于等于0.3 μm 的懸浮粒子顆粒數(shù)隨時(shí)間的變化情況

9 間宿舍室內(nèi)微生物及致病菌占比情況如表1所示。9 間宿舍空氣含菌量平均值為160.10～643.3 cfu/m3，按照GB/T 17093—1997《室內(nèi)空氣中細(xì)菌總數(shù)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中的標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生宿舍內(nèi)的空氣含菌量沒(méi)有超過(guò)限值，但9 間宿舍的微生物致病菌占比平均值為5.67%～36.24%，雖然室內(nèi)空氣處于潔凈狀態(tài)，但其空氣中致病菌占比較高。宿舍是學(xué)生休息、學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，學(xué)生每天在宿舍的時(shí)間達(dá)到50%以上[17-18]，甚至更長(zhǎng)時(shí)間。所以長(zhǎng)期處在微生物致病菌高的室內(nèi)空氣中，對(duì)學(xué)生的身體健康有著嚴(yán)重影響。

表1 大學(xué)宿舍中空氣含菌量及致病菌占比

空氣中的顆粒物具有疏松多孔的物理結(jié)構(gòu)，很容易攜帶病毒、細(xì)菌、花粉等過(guò)敏原[19]，形成生物氣溶膠，容易引起過(guò)敏等癥狀，會(huì)引起呼吸道疾病[20]。細(xì)菌是空氣氣溶膠中的重要組成部分之一，在空氣懸浮顆粒物的生物組成部分中，細(xì)菌占80%以上[21]。而空氣質(zhì)量與室內(nèi)空氣顆粒數(shù)密切相關(guān)，所以室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)長(zhǎng)期生活在室內(nèi)的人們的身體健康有著直接影響。

2.2 宿舍條件下內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)凈化效果

以5個(gè)采樣點(diǎn)的均值計(jì)算，凈化系統(tǒng)低擋、高擋開啟120 min 后粒徑大于等于0.3 μm 的懸浮粒子的凈化率情況如表2所示。凈化系統(tǒng)低擋、高擋開啟120 min后粒徑大于等于0.3 μm 的懸浮粒子計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化情況如圖4所示，從圖中可以看出，0～10 min 時(shí)懸浮粒子數(shù)下降明顯，10～30 min 后粒子數(shù)下降比較緩慢，30 min 后基本達(dá)到平衡狀態(tài)。

圖4 懸浮粒子粒徑大于等于0.3 μm 顆粒物隨時(shí)間變化情況

表2 凈化系統(tǒng)低、高擋開啟120 min 后粒徑大于等于0.3 μm 的懸浮粒子凈化率

凈化系統(tǒng)開啟120 min 后，低擋、高擋對(duì)粒徑大于等于0.3 μm 的懸浮粒子的凈化率可達(dá)87.23%及90.61%。凈化系統(tǒng)的低擋與高擋相比，對(duì)粒徑大于等于0.3 μm 的懸浮粒子凈化率沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。凈化系統(tǒng)能顯著降低空氣中的懸浮粒子的質(zhì)量濃度，對(duì)室內(nèi)空氣有明顯的凈化作用。

凈化系統(tǒng)低擋、高擋開啟100 min，平板暴露1.5 h后，房間空氣含菌量如圖5所示。在沒(méi)有開啟凈化系統(tǒng)時(shí)，室內(nèi)空氣的含菌量為975.31 cfu/m3，開啟凈化系統(tǒng)低擋及高擋后，室內(nèi)空氣的含菌量降至61.73 cfu/m3及37.04 cfu/m3。凈化系統(tǒng)各擋位開啟100 min 后，室內(nèi)空氣含菌量明顯降低，床體凈化系統(tǒng)低擋及高擋對(duì)室內(nèi)微生物凈化率分別達(dá)到了93.67%及96.20%。凈化系統(tǒng)的低擋與高擋相比，其對(duì)空氣微生物的凈化率沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）；凈化系統(tǒng)的低擋、高擋與關(guān)閉擋相比，均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。由此可見，凈化系統(tǒng)能顯著殺滅空氣中的微生物，明顯改善房間里的空氣質(zhì)量。

圖5 凈化系統(tǒng)開啟100 min，平板暴露1.5 h 后各擋位空氣含菌量變化情況

對(duì)細(xì)菌進(jìn)行菌種鑒定，不開啟凈化系統(tǒng)和開啟床體凈化系統(tǒng)的微生物菌屬的分布及構(gòu)成比如表3所示。在對(duì)照房間中，細(xì)菌種類較多，共鑒定出9個(gè)菌屬46種細(xì)菌， 前4 位優(yōu)勢(shì)菌屬依次為微球菌屬（Micrococcus）、葡萄球菌屬（Staphylococcus）、芽孢桿菌屬（Bacillus）和莫拉菌屬（Moraxella），分別占43.64%、11.82%、8.18%和8.18%。相比之下，在實(shí)驗(yàn)房間中，開啟內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)后，共鑒定出3個(gè)菌屬8種細(xì)菌，環(huán)境中細(xì)菌種類明顯減少；開啟低擋，前3位優(yōu)勢(shì)菌屬依次為微球菌屬（Micrococcus）、芽孢桿菌屬（Bacillus）和葡萄球菌屬（Staphylococcus），分別占33.33%、33.33%和16.67%。開啟高擋，前3 位優(yōu)勢(shì)菌屬依次為芽孢桿菌屬（Bacillus）、微球菌屬（Micrococcus）和葡萄球菌屬（Staphylococcus），分別占45.45%、27.27%和9.09%。

表3 開啟凈化系統(tǒng)的細(xì)菌菌落菌屬比例

3 討論

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該床體內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)在室內(nèi)環(huán)境中對(duì)空氣微生物和懸浮粒子均有凈化效果。有研究表明，空氣污染是導(dǎo)致呼吸道疾病的重要因素，全球因空氣污染每年大約有700 萬(wàn)人死亡[22-23]。隨著科技的發(fā)展，成年人約90% 的時(shí)間是在室內(nèi)度過(guò)的[24-25]，生活在城市中的一些老人、嬰兒等人群在室內(nèi)生活的時(shí)間甚至高達(dá)95%[10]。2019年爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎使人們居家隔離，但居家隔離仍存在病毒傳播的風(fēng)險(xiǎn)，且易導(dǎo)致感染發(fā)生。更有研究表明，室內(nèi)空氣污染導(dǎo)致的發(fā)病率和死亡率比環(huán)境空氣污染風(fēng)險(xiǎn)更高[26]。室內(nèi)空氣污染，可能會(huì)引起人們產(chǎn)生頭痛、頭暈、胸悶、各種呼吸道傳染類疾病等癥狀，甚至影響消化系統(tǒng)，損害肝臟和造血系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致癌癥，嚴(yán)重影響人們的身體健康，甚至可威脅到人們的生命安全[27-29]。

本研究發(fā)現(xiàn)，空氣質(zhì)量指數(shù)AQI 與室內(nèi)空氣顆粒數(shù)密切正相關(guān)。生物氣溶膠是顆粒物的重要組成部分，對(duì)人們的健康有很大影響，如呼吸系統(tǒng)、心血管疾病、過(guò)敏、癌癥和過(guò)早死亡等[30]?，F(xiàn)在市場(chǎng)上空氣凈化器對(duì)空氣的凈化是熱門話題，但隨著空氣凈化器的種類繁多，選購(gòu)不當(dāng)或使用不當(dāng)，不僅達(dá)不到凈化空氣的目的，反而會(huì)帶來(lái)二次污染[31]。

由于室內(nèi)空氣質(zhì)量與室內(nèi)顆粒物密切相關(guān)，居住在室內(nèi)的人們將存在感染風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)這一現(xiàn)狀，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了一款新型內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)，對(duì)室內(nèi)空氣有凈化作用。本研究發(fā)現(xiàn)該內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)開啟低擋、高擋120 min 后對(duì)粒徑大于等于0.3 μm 的懸浮粒子凈化率達(dá)到87%以上。有研究表明，顆粒物粒徑越小，在人體中穿透越深[32]。當(dāng)空氣中粒子粒徑小于10 μm時(shí)，它可進(jìn)入人體的呼吸系統(tǒng)，沉著于小支氣管內(nèi)；當(dāng)粒子粒徑小于2.5 μm 時(shí)，能穿過(guò)肺泡；當(dāng)粒子粒徑小于1 μm時(shí)，會(huì)對(duì)細(xì)胞組織或循環(huán)系統(tǒng)造成影響[32-33]。本實(shí)驗(yàn)中內(nèi)嵌的凈化系統(tǒng)對(duì)粒徑大于等于0.3 μm 的顆粒物有明顯的凈化效果，能降低顆粒物的質(zhì)量濃度，減少疾病傳播。

美國(guó)疾病控制預(yù)防中心調(diào)查顯示，空氣中浮游菌數(shù)大于500 cfu/m3時(shí)，就存在感染風(fēng)險(xiǎn)[34]?？諝庵形⑸镔|(zhì)量濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致呼吸道感染和肺功能下降[35]。本研究發(fā)現(xiàn)，9 間宿舍的空氣含菌量平均在160.10～643.31 cfu/m3，有一間宿舍空氣細(xì)菌含菌量明顯高于500 cfu/m3，且9 間宿舍微生物致病菌占比在5.67%～36.24%，長(zhǎng)期居住在這樣的室內(nèi)環(huán)境中，對(duì)身體健康有著嚴(yán)重影響。

本研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)對(duì)空氣中病原微生物有明顯的凈化效果，使用凈化系統(tǒng)后，空氣中微生物的質(zhì)量濃度明顯降低，能降低感染的危險(xiǎn)性。本文還對(duì)細(xì)菌種類進(jìn)行了鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)照房間和實(shí)驗(yàn)房間大多是以微球菌屬、葡萄球菌屬、芽孢桿菌屬等為主，它們很少通過(guò)空氣傳播對(duì)人類產(chǎn)生致病，該菌屬細(xì)菌常作為條件致病菌，在免疫力低下的患者中可能會(huì)引發(fā)一系列感染。且對(duì)照房間中細(xì)菌種類繁多，條件致病菌更容易與之結(jié)合一起增加感染的風(fēng)險(xiǎn)，而實(shí)驗(yàn)房間中細(xì)菌數(shù)量和種類都明顯減少，降低了感染風(fēng)險(xiǎn)。該床體內(nèi)嵌的凈化系統(tǒng)開啟低擋和高擋100 min 后對(duì)空氣微生物的凈化率均可大于等于93%，說(shuō)明凈化系統(tǒng)能有效殺滅空氣中的微生物，提高房間空氣質(zhì)量，減少空氣氣溶膠傳播，從而降低疾病發(fā)生的可能性?？偠灾?，內(nèi)嵌型凈化系統(tǒng)對(duì)空氣中顆粒物和微生物有明顯的凈化效果，能有效過(guò)濾室內(nèi)環(huán)境空氣中可吸入顆粒物，同時(shí)對(duì)空氣微生物具有可觀的消殺凈化作用，能為室內(nèi)空氣污染的感染防控提供理論依據(jù)。