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2024年11月24日
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當我們在討論PM2.5、PM10時，可能沒有想到它們在空氣中有一部分是活的，還會自我繁殖，這就是指生物氣溶膠。在北京大學近日召開的空氣生物安全研討會上，多位與會專家表示，大氣污染防治，除關注各種化學成分，混雜其中的生物活性物質也應成為重要研究對象。
北京大學環境科學與工程學院教授要茂盛說，生物氣溶膠通常是指空氣動力學直徑在100微米以內的含有微生物或來源于生物性物質的氣溶膠，包括懸浮于空氣中的細菌、病毒、真菌及化學毒素等，是PM2.5、PM10等大氣顆粒物的重要組成部分。
與硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等化學成分的PM2.5、PM10相比，某些時候生物氣溶膠對人體健康的威脅更大，對其監測預警和防護也提出了更高要求。
粒徑不同，健康危害不同
生物氣溶膠主要來源于土壤、植被、水體等排放，以及包括人類在內的動物、醫院、養殖場、垃圾填埋場、污水處理廠等排放。不同來源、不同粒徑的生物氣溶膠顆粒由于毒性和在空氣中懸浮時間不同， 對人們的健康危害也存在顯著差別。如風媒植物花粉顆粒、真菌和細菌的典型粒徑分別在15—58微米、1—30微米和0.25—8微米，而病毒的粒徑則小于0.3微米。
要茂盛說，生物氣溶膠呼吸暴露能導致下呼吸道感染、哮喘、過敏等各種呼吸系統疾病。如1918年爆發的H1N1流感使得全球5000萬人死亡，如今流感病毒導致的下呼吸道感染仍然是人類第四大殺手，每年近300萬人因此喪生。
“PM2.5更小，可直接進入肺泡、血液等，因而被認為危害更大。”要茂盛說，與化學物質最大的區別是，如果生物氣溶膠被吸入人體，不但能進入得更深，在一定條件下還可以自我繁殖，因其這一特性，特定生物氣溶膠的危害是沒有閾值的。
研究表明，空氣中常見的青霉菌屬、曲霉菌屬、孢子菌屬等真菌都可以分泌過敏原， 引發過敏性呼吸系統疾病；研究指出，生物氣溶膠暴露還能促進健康人的血壓顯著升高，導致不可逆的慢性肺功能減退。
要茂盛說，研究還發現，在霧霾天時，空氣中生物氣溶膠濃度水平顯著高于非霾天的濃度水平；污染嚴重的城市明顯高于鄉村。“也就是說，霧霾時空氣中的這些生物成分進一步加重了健康風險。”
最快1分鐘成監測預警巨大挑戰
“由于生物氣溶膠的這些特性，在特定場所其處理、分析以及啟用防護措施需要在3—5分鐘內完成，其監測預警最佳時間為1分鐘。”要茂盛說，這個時間的要求是對當今現有技術的巨大挑戰。
據介紹，為實現生物預警，美國耗資近1000億美金，專門設置了“生物盾牌計劃”。過去10年，北京大學生物氣溶膠實驗室研發了專門的空氣生物安全防御系統BioSTAND(見圖)，即集成了空氣、呼出氣采樣、酵母菌蛋白熒光等分析技術自動檢測平臺，首次以熒光標記的酵母菌實現了對細菌、PM2.5毒性指標的多方面實時在線監測等。
人類細胞與酵母菌細胞一樣有自噬現象，基本機理等也類似，并具有相似反應，通過PM2.5等對酵母菌基因的損害可推斷出對人類基因的相關損傷。要茂盛說，實驗室通過對酵母菌的上百種基因蛋白進行了高通量篩查，發現了氧化損傷蛋白(HSP60)、DNA修復蛋白(SSA1)等對空氣中的PM2.5響應比較靈敏。“當PM2.5等對酵母菌發生了某些損傷，相對應的綠色熒光蛋白(GFP)就會表達并發光，然后被酵母菌蛋白熒光自動檢測平臺‘捕捉’到，這樣就好像實時監測到不同地區每輛車的行駛擁擠狀況。”要茂盛說。
需建立大氣污染毒性指標體系
在此次研討會上，中國人民解放軍火箭軍侯立安院士等多位專家均表示，大氣污染防治本質上是為了最有效和最大限度地減小大氣污染物對人體健康的影響， 現有空氣質量評價體系主要以質量濃度為標準，而忽略了不同顆粒物組分的差別，這其中包括有活性的生物氣溶膠，這樣會造成不計成本的污染物盲目減排，卻沒有獲得額外的健康效益。因此，客觀上需要建立大氣污染毒性指標體系。
要茂盛還表示，生物氣溶膠和大氣化學污染物的交互機制以及在其轉化中的可能作用， 以及對云的形成和氣候變化的影響還需進一步了解；生物氣溶膠與大氣污染以及霧霾形成機制是否有關系，大氣中微生物是否會參與氧化還原反應等都是一些從未探討的科學問題，都值得去研究。
