跨学科研究发现，酸有助于对抗空气传播的病毒
包括EPFL在内的多所瑞士大学的一项新研究表明，室内空气中的气溶胶的酸度会有所不同。这种酸性决定了流感和SARS-CoV-2等病毒在空气中保持传染性的时间——这对病毒传播和遏制病毒的策略有着深远的影响。
SARS-CoV-2等病毒，流感病毒还有一些人基本上是通过搭乘气溶胶从一个人传播到另一个人。这些微粒含有悬浮在空气中的液体，被感染者在咳嗽、打喷嚏或只是呼气时排出，并可被其他人吸入。
这就是为什么人们通常认为有效通风和过滤房间很重要室内空气:降低家庭、办公室和公共交通工具中的气溶胶颗粒浓度可降低感染风险。
悬浮粒子是如何变成酸性的?
目前尚不清楚气溶胶中的病毒的传染性能维持多久。一些研究表明，空气的湿度和温度可能对病毒的持久性起作用。迄今为止被低估的一个因素是呼出的气溶胶的化学成分，特别是它的酸度和它与室内空气的相互作用。许多病毒，如甲型流感病毒，对酸敏感;呼出的气溶胶颗粒可以吸收挥发性酸和其他空气中的物质，其中醋酸例如，室内空气中的硝酸或氨，这反过来又会影响颗粒的酸度(pH值)。
目前还没有关于呼气后气溶胶酸化对其携带的病毒载量的影响的研究。
现在，来自苏黎世联邦理工学院、EPFL和苏黎世大学的一组研究人员对此进行了调查。在一项新的研究中，他们首次展示了在不同的环境条件下，呼气后几秒和几小时内气溶胶颗粒的pH值是如何变化的。此外，他们还展示了这是如何影响颗粒中所含的病毒的。这项研究刚刚发表在杂志上环境科学与技术．
呼出的小气溶胶颗粒很快就会变成酸性
根据研究人员的说法，呼出的气溶胶酸化非常快，比一些人预期的要快。这一过程的速度取决于周围空气中酸性分子的浓度和气溶胶颗粒的大小。研究小组检查了直径只有几微米的微小液滴鼻涕还有专门为研究合成的肺液在典型的室内空气中，这些液滴只需要大约100秒就能达到pH值4，这大致相当于橙汁的酸度。
pH值是酸度的衡量标准:中性溶液的pH值为7;酸性溶液pH值小于7;碱性溶液大于7。
研究人员认为，气溶胶的酸化主要是由于从外部空气进入的硝酸。它要么通过打开的窗户进入室内，要么通过通风系统从室外吸入空气进入室内。硝酸是由氮氧化物(NOx)，主要作为燃烧过程的产物，与柴油发动机和家用炉的废气一同排放到环境中。因此，城市和大都市地区有氮氧化物和硝酸的永久供应。
硝酸会迅速附着在表面、家具、衣服和皮肤上，但也会被呼出的微小气溶胶颗粒吸收。这增加了它们的酸度，降低了pH值。
气溶胶的pH值是病毒失活的关键
研究小组进一步表明，酸性环境对被困在呼出的粘液颗粒中的病毒的灭活速度有决定性的影响。这两种病毒被发现具有不同的酸敏感性:SARS-CoV-2非常耐酸，起初专家们不相信他们的测量结果。pH值低于2，即非常酸性环境下比如用未经稀释的柠檬汁来灭活冠状病毒。这种情况在典型的室内空气中是无法达到的。另一方面，A型流感病毒在pH值为4的酸性条件下仅一分钟就会灭活。在典型的室内环境中，新呼出的粘液颗粒不到两分钟就能达到这个水平。
将酸化气溶胶所需的时间与在pH值为4或更低的环境下灭活流感病毒所需的时间相结合，我们很快就能清楚地看到，大约三分钟后，99%的甲型流感病毒将在气溶胶中灭活。如此短的时间跨度让研究人员感到惊讶。SARS-CoV-2是一个不同的故事:由于在典型的室内空间，气溶胶的pH值几乎从未低于3.5,99%的冠状病毒需要几天时间才能被灭活。
研究表明，在通风良好的房间里，气溶胶中甲型流感病毒的失活效果很好，SARS-CoV-2的威胁也可以降低。然而，在通风不良的房间里，气溶胶含有活性病毒的风险比新鲜空气充足的房间大100倍。
因此，研究人员建议，室内应经常进行良好的通风，使含有病毒的室内空气和来自人类排放和室内活动的氨等基本物质被带到室外，而室外空气中的酸性成分则可以大量进入室内。
过滤去除空气中的酸
即使是带有空气过滤器的普通空调系统也能减少挥发性酸。“在使用活性炭过滤器的博物馆、图书馆或医院，去酸效果可能更明显。与外部空气未经过滤的建筑相比，在这样的公共建筑中，流感传播的相对风险会显著增加，”研究小组在文章中写道。
作为回应，研究小组可以想象在过滤后的空气中加入少量的挥发性酸，如硝酸，并去除基本物质，如氨，以加速气溶胶的酸化。根据研究，一种浓度硝酸在50 ppb(十亿分之一空气，是工作场所8小时法定限制的1/40)的水平下，可以将感染COVID-19的风险降低1000倍。
通往更健康的室内气候还有很长的路要走
然而，研究人员也意识到这样的测量方法将会引起很大的争议，因为目前还不清楚这样的酸水平会产生什么后果。博物馆或图书馆对空气进行了彻底的过滤，以防止艺术品和书籍受到损坏。土木工程师也会不太高兴，因为添加酸可能会损坏材料或管道。
因此，参与这项研究的研究人员一致认为，需要进行长期研究来评估对人体和建筑物的风险。因此，使用挥发性酸来有效地灭活气溶胶颗粒中的病毒可能不容易被确定为一种病毒控制措施，而去除氨(一种人容易释放的化合物，一种在提高ph值时稳定病毒的物质)不应该有争议。
本研究是苏黎世联邦理工学院、EPFL和苏黎世大学研究人员跨学科合作的结果。经过多年的准备，这项工作于2019年作为一个仅针对流感的项目展开。鉴于COVID-19大流行，研究人员将研究范围扩大到新型冠状病毒。
由苏黎世大学医学病毒学研究所的Silke Stertz领导的研究小组的研究人员，以及由Tamar Kohn领导的EPFL环境化学实验室的同事，共同研究了这两种病毒对酸性环境的反应，Tamar Kohn也是SNSF Sinergia项目的总负责人。他们测试了A型流感病毒和冠状病毒对人工生成的肺液和鼻粘液或肺粘液的不同酸性条件的敏感性，这些粘液是科学家以前从专门培养的粘液细胞培养物中获得的。
来自苏黎世联邦理工学院大气化学组的研究人员，由托马斯·彼得和乌尔里希·克里格领导，使用电动力学粒子陷阱研究了黏液气溶胶的行为。有了这种设备，研究人员可以“保持”单个悬浮颗粒数天或数周，并在不接触表面的情况下研究它们，例如观察湿度的变化如何影响它们。
彼得小组还负责执行模型模拟。这种基于建模的方法可能被证明是整个研究中的一个弱点;空气传播的病毒在酸性环境下是如何表现的气溶胶还有待于进一步的实验研究。考虑到这些，由EPFL的Athanasios Nenes领导的研究人员开发了实验技术和建模方法，使未来的实验可以在严格的生物安全条件下和使用不同的室内空气成分下进行。Athanasios Nenes最初提出酸度可能是病毒活性的重要调节剂。
