北大专家:两分钟测出大气病毒

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研究人员以H1N1等流感病毒进行了实验。当空气中有病毒时，这一系统在短短的1~2分钟之内就会报警。

在我们的大气中，总悬浮着一些液态、固态的微小物质，它们能作为水滴、冰晶的凝结核。烟、霾、霭、微尘……都是这样的微粒物，或天然存在，或人为产生，它们有一个名字叫做“大气气溶胶”。

气溶胶中有一类家族，它们含有生物性粒子，比如细菌、病毒、花粉、寄生虫卵等。当然，2003年肆虐人间的SARS病毒、2009年横扫全球的H1N1流感病毒也会成为生物气溶胶的成员。这些生物气溶胶会引发过敏、传染疾病。

近日，北京大学的一个环境与健康研究团队取得了一项新成果，实现了对大气中生物气溶胶的实时监测。

这一研究是北大环境科学与工程学院教授朱彤主持的国家“863”高科技项目中的两个子课题，分别由要茂盛、郭雪峰两位研究员负责。

大气微生物威胁人类健康

生物气溶胶对人类的健康有着极大的影响。有数据表明，全球因它引起的呼吸道感染高达20%。世界上有41种主要的传染病，其中经空气传播的有14种，占各种传播途径的首位。大气中的生物气溶胶主要来源于土壤、灰尘、江河湖海、动物、植物及人类本身。它们随着大气的运动，被输送到很远的距离之外。

从上个世纪80年代起，各国的科学家就开始重视空气中的微生物；监测空气中的细菌、病毒、真菌等，并调查它们的来源。研究发现，这些空气中的微生物可增加患上肝炎、痢疾、流感和一些过敏性疾病的发生。

1989年，美国的科学家正式提出了“生物气溶胶”这一定义。研究人员开始了对生物气溶胶的采集、研究；不过迄今，能被捕获的、具有活性可培养鉴别的生物气溶胶种类并不多，只是大气中所存在的一小部分。

上个世纪90年代，北京大学环境科学与工程学院特聘研究员要茂盛在美国的阿拉巴马大学留学时，就开始了对生物气溶胶的关注。“这些大气中的生物颗粒物，对人体的呼吸系统、心肺功能会造成损伤；长期地暴露于生物气溶胶中，甚至可能致癌。”

空气有病毒，系统2分钟内报警

对生物气溶胶的在线检测，是一个集成了众多前沿技术、跨越了多个学科的系统。

检测时，系统先对大气进行采样，将其中的生物气溶胶“存放”在微量的水中，从而采集起来。然后，通过一个“特殊的隧道”输送出来。这个“隧道”非常狭窄，宽度只有纳米级；仅够其中的微生物容身、通过。它们将被送到一个硅纳米线制成的生物传感器面前。

这个传感器的表面涂抹了病毒的抗体。当生物气溶胶中的病毒遇到了抗体，就会发生反应；从而引起传感器电阻的变化。

就这样，空气中有潜在危害的生物性粒子，被巧妙地转化成了直观、可视的电信号。这些信号通过无线网络，可以被发送到手机、电脑等远程的接收平台上。

研究人员以H1N1等流感病毒进行了实验。当空气中有病毒时，这一系统在短短的1~2分钟之内就会发出报警。当病毒含量比较高时，检测出的信号会相应地增强。而如果采集到的空气是健康、干净的，那么系统并不会显示出明显的检测信号。

2008年，在汶川地震发生之后，北京大学的朱彤、要茂盛等研究人员就地将一辆环境健康流动监测车，改装成了一间可移动的生物气溶胶实验室。通过监测空气中的生物成分，来实现对疾病的预防与干预。很显然，这对高风险区的提前隔离、预防疫情暴发，十分有效。

与当年改造的“生物气溶胶实验室”不同，要茂盛等研究人员新开发的系统是动态、实时的，它无需再提取生物微粒的DNA，将原本最短也需要2小时左右的监测时间省略了。

医疗、反恐领域，新技术会很给力

在这一成果的基础之上，一项新的应用已经开始在北京大学的实验室内展开。它是对人体呼出气体的监测。

目前，一般情况下人们出现了感冒症状到医院看病，医生并不会提取致病菌，分析“元凶”是何种细菌、病毒。即使分析也需要几个小时的时间。而改进后的系统，只需要采集一口患者呼出的气体，就可以迅速地找出“罪魁”。要茂盛认为，这一项应用在医疗机构将非常有前景。

如果对系统再作出一些改进，它将有望被应用于军事反恐等场合。如今，高致病的微生物被用作大规模杀伤性武器的可能性，正在日益升高。各国的科学家们都试图开发出可以实时监测出空气中致病原的技术。要茂盛告诉记者，此前的检测需要2小时，在特殊场合下对于致病菌的扩散速度来说太长了。有很多人可能成为潜在的受害者，并由他们把致病菌再传播出去，现在只需要两分钟，大大降低了病菌的扩散速度，保护了人们的安全。