煎蛋科学第47期：气溶胶和病毒传播

第47期，2020年2月21日，气溶胶和病毒传播

有听友留言让我们继续讲病毒，可能是上期没有听够，那我们这一期就继续讲病毒。我们来讲讲病毒的传播。我们都知道，体液可以传播病毒，比如艾滋病毒，流感病毒，蛋博士的同事隔三岔五就有人流感请病假，都是孩子从幼儿园带回了流感病毒，然后全家人就感冒了。幼儿园还真是个流感病毒的温床，想想小朋友们也是挺不容易。除了体液传播，还有最近比较火的气溶胶。

什么是气溶胶？这个词其实也并不是第一次进入大家的视野，我们也不是第一次在煎蛋科学里提到这个词。我们在空气污染那一期就提到过，其实就是空气中的悬浮物，可以是固体也可以是液体，雾霾就是气溶胶。胶不是胶水，不可以用来粘东西，是指胶体，英文叫做colloid，但是蛋博士始终没弄明白，这个词是怎么翻译成胶体的。胶体指的是一种10-9 到 10-4米颗粒大小的分散质在另外一种分散剂分散的状态。比如我们熟知的牛奶，就是油脂在水中分散的胶体。这和溶液是完全不一样的，溶液是一个相态的，整个系统各处密度一样。胶体可是不一样的，从分散剂到分散质，密度必然变化，还是牛奶的例子，水和油的密度显然是不一样的。相信很多人都知道，把油和水混起来，油就会浮在水面上，火锅总是上面飘着一层牛油。这是因为油和水本身不混溶，而且油的密度又比水轻，当然我们这里说的是，大部分油，比如食用的植物或者动物油，你要硬说沥青比水重，也是没什么毛病。要想让油水混合，形成胶体，那是需要克服巨大的表面张力的，所以即使你用高速搅拌的方式把油和水强行混在一起，过不了多久，油水还是会分开。一般的化学实验室，常见设备都会有一台乳化器，其实就是一台高速搅拌器，把油水混合在一起的过程也叫乳化，听起来是不是很带感？就是把油水变得像奶一样。经过搅拌的油滴，可以达到非常小，但是同时产生的三维表面，让油滴的总表面积非常大，这样就有了巨大的表面张力。表面张力就是形成这个表面所需要的能量。你可以理解成，谁都不喜欢自己脸大，你要把我的脸拉长扯大，你就得做很多功，来克服我脸皮的表面张力。在油水混合的过程中，搅拌器就提供了的巨大的能量做功。

那我们为什么看不到牛奶里面的油浮在水面上呢？其实你看得到，等牛奶坏了你就看到了。牛奶坏的过程，油水混合后又分开的过程，其实都是由于胶体不稳定性造成的。胶体一般都是热力学不稳定的，只要有足够长的时间，小油滴会聚并成大油滴，两相最终都会分开，这是表面张力决定的。小油滴会聚并成大油滴的过程也叫做奥氏熟化(ostwald ripening)，有点水果成熟的感觉。但是牛奶坏的过程及其缓慢，灭菌的牛奶，在冰箱里放一个月也没什么问题。这是因为，牛奶里面的蛋白质，由于一头亲水，一头亲油，充当了表面活性剂，或者叫乳化剂，降低了油水间的表面张力。表面活性剂其实在我们生活中非常常见，洗手液，洗衣液，洗发水里面都有，这也是我们使用它们的时候能看到泡沫的原因，泡沫就是液体在空气中的分散，要克服表面张力，当然得要表面活性剂。但是，我们知道蛋白质是会变性的，如果你在牛奶里加入柠檬汁，那么牛奶里面的蛋白质会迅速变性，牛奶也会油水分离，有兴趣可以做实验试试。

说回气溶胶，那病毒到底能不能通过气溶胶传播呢？流感病毒，确实可以，新型冠状病毒行不行真的是有待明确。流感病毒可以通过气溶胶传播，已经是被很多研究者报道了。13年的一篇来自顶级综合期刊自然通讯的文章，就说明了空气传播是流感病毒传播的重要因素（PMID: 23736803），其中就包括了气溶胶。病毒携带者咳嗽或者打喷嚏，就能够将带有病毒的小液滴喷入空气中，如果液滴足够小，就能在空气中悬浮。如果你不幸接收到了足够多的这样的带有病毒的小液滴，那么你就很有可能被病毒感染。如果空气湿度大，那么喷出的液滴，会找到到周围的小液滴，奥氏熟化，小液滴聚并形成大液滴，然后再不断吸收周围的小液滴，最后浮力打不过重力，大液滴就落在了地上，有效的降低了病毒在空气中的传染。当然落在地上，并不代表你就能把病毒踩死，地面的缝隙都比病毒大很多很多，但是病毒不再空气中了，通过呼吸感染病毒的可能性就大大降低了。

在空气流通较好的室外，病患喷嚏或者咳嗽喷出的病毒液滴的扩散很快，加上室外空气中颗粒较多，病毒液滴也很容易附着在颗粒上沉降到地面。但是在空气流通较差的室内，病毒真的是非常容易传播的，单位体积内病毒的数量比室外可能是翻了好几十倍。那有没有什么办法抑制病毒的传播呢？其实稍微提高室内湿度就可以了。今年刚刚发表在环境科学顶级期刊环境科学技术期刊上面的一篇文章（https://doi.org/10.1021/acs.est.9b04959），指出病毒和细菌的存活，都是跟空气相对湿度有关。文章通过做实验发现，空气越干，细菌就越难生存，但是病毒完全不一样。病毒在相对湿度33%以下或者接近饱和，也就是100%的时候，活得很好。只有在中间湿度的情况下，存活和感染的概率才会降低。这是怎么回事呢？我们之前在讲空气污染的时候讲过，空气中的液滴，由于有凝结核心，那里面是溶解了不少无机盐的，可能是食盐，也可能是其他的，我们就不管是什么盐了。病毒进入到这样的液滴里面，非常难受。高盐可以让病毒表面的蛋白质变性，就像牛奶遇到了柠檬一样，所以病毒就存活率会下降。在湿度低的时候，液滴蒸发很快，液滴中的盐迅速浓缩，然后，液滴干了，盐可能杀死了一些病毒，但没全死。而接近饱和湿度下，液滴挥发非常慢，盐浓度很长一段时间内杀不死病毒，病毒自然也就能多活一会。只有在中间浓度的时候，液滴挥发速度中等，液滴内高盐浓度的时间很长，这样长时间的累计剂量，才会杀死病毒。举个例子，蛋博士本科室友有一次去食堂买了碗豆浆，豆浆有点烫，但是又不是很烫，所以老哥决定手端着豆浆上二楼找其他人一起吃早饭。吃完饭之后，发现，手上起了个半厘米高的大水泡。其实如果豆浆够烫，老哥铁定不会用手去端。但是就是因为这个并不是很烫温度和长时间的接触，造成了烫伤。文章也通过静止液滴实验说明了，55%左右的相对湿度下，高盐剂量对时间的积分是最大的，而且也通过两个噬菌体的实验证明了，确实是在50%到80%这个范围内，病毒存活率最低。既然我们已经知道了病毒在湿空气中存活率下降，我们也就可以通过适当加湿空气来消灭空气中的病毒了。商用加湿器只要功率不过大，保持室内通风，也很难将室内空气加湿到饱和。

最后我们想讲讲关于科研工作者的难处。有很多人觉得科研工作者在发现了要紧的秘密之后就应该立即公开，这是大家对科研工作的误解。科研工作都在一个方向挖的很深，很多东西你不是这个领域的人是没法理解的。就像我跟大家讲胶体的时候，我都是讲的简单的现象和理论，如果跟大家讲泊松玻尔兹曼方程或者双电层理论，我们这个节目就没人听了。所以科研工作者最重要的任务，就是在同行评审的学术期刊上发表论文。首先，同行评审，评审你的都是同行，他们知道你在做什么，也知道你这文章几斤几两，能够做出公正的判断。其次，毕竟一山还有一山高，万一你文章有错误，他们或许能够发现，帮你改正。这也是蛋博士总是引用高水平的同行评审论文的原因。如果科研工作者在自己的博客上就发布了自己的研究结果，或者通过媒体发布出来，那作为不具有该专业知识的普通大重，又如何去判断知识来源的真假呢？对你可以来问蛋博士，但是蛋博士在没看见同行评审论文的时候是不会瞎说的，这是我们节目的宗旨。今天的节目就到这里，感谢大家收听，我们下期再见。