喷嚏模拟器能够显示隐形病菌的传播

一个会咳嗽、打喷嚏的人体鼻子和上呼吸道 3D 打印模型让研究人员更好地了解了空气传播感染的方式。 这些知识将有助于开发减少传播的有效方法。

利用人体呼吸道的三维模型测试空气传播感染的方式

全球COVID-19大流行表明，呼吸道疾病很容易通过咳嗽和打喷嚏传播。 要了解呼吸道疾病是如何传播的，就必须准确复制空气传播疾病的过程。 然而，并不是总能招募到病人进行研究。

为此，西班牙罗维拉-伊-维尔吉利大学（Universitat Rovira i Virgili，URV）的研究人员设计并建造了一个人体上呼吸道和鼻腔的三维模型，能够模拟咳嗽和打喷嚏，以便更好地研究携带疾病的微粒的传播。

研究人员说："这种新颖的实验装置用于产生类似人类咳嗽和打喷嚏的呼气，可调节参数用于控制空气喷射强度。利用逼真的上呼吸道和鼻腔三维（3D）打印模型，我们可以研究呼气强度和鼻腔气道（通过阻塞或不阻塞模型的鼻孔）对气溶胶云扩散的作用。"

研究人员精确的人体气道和鼻腔 3D 打印模型

鼻腔对气流动力学以及咳嗽或打喷嚏时排出的微粒的大小、方向和扩散速度至关重要。 通过鼻腔或口腔排出的微粒也存在差异。 由于这些因素会影响疾病的传播，研究人员希望设计一种尽可能真实的呼吸模型。

研究人员使用高速摄像机和激光束实时研究空气微粒在空气中的扩散情况。 他们在一系列实验条件下测量了粒子云的轨迹和宽度，这些实验条件旨在模拟通过鼻子或嘴巴进行的不同"剧烈呼气事件。"

研究人员发现，通过鼻子呼气会导致感染性微粒向下偏转，使其更多地垂直分散，而较少水平分散。 他们说，虽然这可能会降低疾病传染给周围人的风险，但也意味着微粒在空气中悬浮的时间更长。 在通风条件较差的密闭空间里，长期如此会增加其他人感染的风险。

相比之下，通过口腔呼气会使感染性微粒沿着更水平的路径传播得更远。 研究人员说，这种传播模式增加了近距离人群受到感染的风险，因为微粒很可能直接落在他们身上，尤其是在面对面交谈或共享环境中。

主要作者 Nicolás Catalán 手持 3D 打印的上呼吸道模型

"这些结果有助于我们了解颗粒核如何在室内空间扩散，进而了解疾病如何通过空气传播，"该研究的第一作者、URV机械工程系研究员尼古拉斯-卡塔兰（Nicolás Catalán）说。

虽然还需要进一步研究湿度和温度等环境因素对微粒扩散的影响，但从本研究中获得的认识可以为餐厅、教室、医院、公共交通等场所的通风策略提供参考。

研究人员说："根据粒子云动力学优化通风系统有可能大大降低空气传播疾病的风险。"

该研究发表在流体物理学杂志上。