2024年10月10日，清华大学生物医学工程学院刘鹏团队联合北京大学第一医院王贵强团队和温州医科大学项光新团队在《Nature Communications》发表论文《Multi-scenario surveillance of respiratory viruses in aerosols with sub-single-copy spatial resolution》。该研究开发了一套多场景、超灵敏的气溶胶呼吸道病毒监测系统（respiratory virus-in-aerosols monitoring system，RIAMs），可以实现对气溶胶中常见呼吸道病毒（含新冠、甲流、乙流、呼吸道合胞病毒）达到0.83拷贝/立方米的亚单拷贝空间病毒分辨率的超高灵敏度监测，可为气溶胶呼吸道病毒的超灵敏监测以及环境气溶胶病毒传播风险评估提供新的技术手段。

世纪以来爆发的数次大流感，对人民生命健康和社会经济发展造成了巨大的影响。传统的认知认为病毒传播只存在直接传播和接触传播两种方式，但经过新冠疫情之后，气溶胶病毒传播逐渐被公认为第三种病毒传播方式。对气溶胶中的病毒进行超灵敏监测对于新发突发疫情防控至关重要，但气溶胶中的病毒等同于在空气中被无限稀释，浓度非常之低。由于缺乏超灵敏的检测设备，检测气溶胶中超低浓度的病毒仍然具有极大的挑战性。

为解决上述问题，研究团队首先建立了基于壳聚糖修饰滤纸的可以进行高效核酸富集及原位超灵敏核酸检测的扩增体系，通过将该超灵敏检测体系集成到基于针-胶塞/活塞相组合的模块化介观微流体卡盒内，团队实现了“样本入-结果出”式的自动化核酸检测，过程无需手动干预。该卡盒可实现对新冠、甲流、乙流和呼吸道合胞病毒四种常见呼吸道病毒达到10拷贝/毫升的超高灵敏度检测。基于此，团队开发了一套面向多场景适用的超灵敏气溶胶呼吸道病毒监测系统，该系统分为多点采样-集中检测式（multi-site sampling RIAMs，M-RIAMs）、固定场所连续在线监测式（stationary real-time RIAMs，S-RIAMs）、区域场所自动巡航机器人（roaming real-time RIAMs，R-RIAMs）三种适用于不同场景的气溶胶病毒监测系统，系统的监测灵敏度达到0.83拷贝/立方米的亚单拷贝空间病毒分辨率水平（图1）。

具有亚单拷贝空间病毒分辨率的多场景超灵敏气溶胶呼吸道病毒监测系统

基于M-RIAMs，团队联合北京大学第一医院王贵强团队对来自新冠病人病房内7种不同的环境样本，总计达到210例环境样本进行了系统性的分析（含30例气溶胶样本），结果显示，相比于其它不同类型的环境表面涂抹拭子样本，气溶胶样本具有更高的阳性检出率，进一步证明了气溶胶监测可以作为一种更优的环境空间风险评估手段。此外，团队还进一步发现，气溶胶样本中所含病毒浓度的高低与病人病况直接相关（就排毒状况而言），揭示了气溶胶病毒监测可以作为一种间接的手段进行病人病况的监测（图2）。

M-RIAMs应用于大规模临床环境样本检测分析

团队在实验室模拟气溶胶场景下对S-RIAMs的连续在线监测能力进行了验证评估，结果显示S-RIAMs可以有效监测出不同气溶胶发生病毒梯度的气溶胶病毒，并具有良好的空间病毒定量能力。依托S-RIAMs，团队将其应用在了具有不同新冠疫情的现实场景，证明了S-RIAMs具有很好的实际场景适用性。同时，团队联合温州医科大学对患有呼吸道合胞病毒的新生儿病房进行了空间病毒监测，总计检测10例样本，10例均为阳性的结果进一步证明了该系统具有很好的呼吸道病毒监测拓展应用能力（图3）。

S-RIAMs性能评估及其在现实场景下的应用

综上所述，研究团队首先建立了一种超灵敏的多重PCR扩增体系，使其能够最大限度的满足气溶胶中超低病毒浓度的检测需求。通过进一步将该超灵敏检测体系集成在自主开发的可以有效实现试剂存储的微流控卡盒内，并基于自动化辅助操控设备，团队构建了一套超灵敏的具有亚单拷贝空间病毒分辨率的多场景气溶胶病毒监测系统。通过对实验室模拟气溶胶样本以及真实场景临床气溶胶样本的检测，研究证明了气溶胶监测是一种更优的环境病毒传播风险评估手段，也证明了该研究所构建的气溶胶监测系统具有很好的真实场景适用能力，有望为进一步应对新发突发疫情提供新的空间病毒传播风险评估手段。

清华大学生物医学工程学院在读博士生李保、已毕业博士生林宝宝、北京大学第一医院王艳、温州医科大学石叶为本文共同第一作者，清华大学生物医学工程学院刘鹏研究员、北京大学第一医院王贵强、温州医科大学项光新为该论文通讯作者。