शोधकर्ताओं ने 5 सेकंड से 20 मिनट की अवधि में 5-10 उम-चौड़ी एरोसोलिज्ड बूंदों में SARS-CoV-2 के चार प्रकारों की स्थिरता और संक्रामकता को मापा है और 20 मिनट के बाद संक्रामकता में लगभग 90% की कमी पाई है; वैज्ञानिक पत्रिका पीएनएएस के अनुसार, संक्रामकता का नुकसान सापेक्ष आर्द्रता और एरोसोल पीएच से जुड़ा था, जो तंत्र में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है जो एसएआरएस-सीओवी -2 की वायुजनित संक्रामकता को नियंत्रित करता है और यह सुझाव देता है कि परिवेश सीओ 2 के स्तर को मापने से रोग संचरण जोखिम का अनुमान लगाने में मदद मिल सकती है।
चल रहे कोरोनावायरस रोग 2019 (COVID-19) महामारी ने उन कारकों की बेहतर समझ की आवश्यकता का प्रदर्शन किया है जो श्वसन रोगजनकों के संचरण के विभिन्न तरीकों के सापेक्ष महत्व को नियंत्रित करते हैं, जिसमें पैरामीटर शामिल हैं जो बूंदों, फोमाइट और हवाई संचरण को प्रभावित करते हैं।
वास्तव में, हमारी समझ में कमियों ने गंभीर तीव्र श्वसन सिंड्रोम कोरोनावायरस 2 (SARS-CoV-2) के हवाई संचरण की संभावना के आसपास की बहस को लंबा कर दिया है, जिसके परिणामस्वरूप गैर-दवा हस्तक्षेपों और शमन रणनीतियों जैसे कि शारीरिक गड़बड़ी, पहनने के परिणामों के कार्यान्वयन के परिणाम हैं। चेहरे को ढंकना, और पराबैंगनी (यूवी) कीटाणुनाशक विकिरण का उपयोग।
वर्तमान में, महामारी विज्ञान के साक्ष्य, वायु के नमूने के अध्ययन, और पशु-मॉडल अध्ययन मोटे तौर पर संक्रामक एरोसोल (<100-um व्यास) के अंतःश्वसन के प्रभुत्व वाले संचरण के अनुरूप हैं।
2 मीटर से अधिक दूरी पर संचरण का दस्तावेजीकरण किया गया है और यह रोके जाने योग्य परिस्थितियों में होता है, जैसे कि खराब हवादार कमरों में लंबे समय तक रहने के बाद होता है।
SARS-CoV-2 की हवाई स्थिरता की रिपोर्ट लगातार संकेत देती है कि वायरल संक्रामकता में क्षय से जुड़ा आधा जीवन श्वसन एरोसोल के सरोगेट में घंटों के क्रम में है।
हालांकि, उन प्रक्रियाओं की विस्तृत समझ की आवश्यकता है जो वायरस की हवाई लंबी उम्र को नियंत्रित करती हैं, और बुनियादी पर्यावरणीय परिस्थितियों जैसे सापेक्ष आर्द्रता (आरएच) और तापमान से संक्रामकता कैसे प्रभावित होती है, इसकी विस्तृत समझ की आवश्यकता है।
अधिक विशेष रूप से, एक हवाई छोटी बूंद के भीतर सूक्ष्म पर्यावरण पर पर्यावरणीय परिस्थितियों के प्रभाव और इस सूक्ष्म पर्यावरण और रोगजनकों की स्थिरता के बीच परस्पर क्रिया पर बहुत कम स्पष्टता है।
श्वसन एरोसोल के भौतिक-रासायनिक गुणों के बेहतर मॉडल और कण आकार, नमी सामग्री, संरचना और चरण को बदलने वाली प्रक्रियाएं विभिन्न वातावरणों में हवाई संचरण के सापेक्ष जोखिमों और संचरण को कम करने के लिए शमन उपायों के संभावित लाभों में स्पष्ट अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए आवश्यक हैं। .
वास्तव में, यह माना जाना चाहिए कि परिवर्तन प्रक्रियाओं से गुणों में क्षणिक परिवर्तन होते हैं (उदाहरण के लिए, बूंदों के साँस छोड़ने के बाद वाष्पीकरण के दौरान लवण में सतह का संवर्धन) जो स्थिर स्थिति संतुलन गुणों से अलग संक्रामकता पर प्रभाव डाल सकता है जो हवाई परिवहन के दौरान लंबे समय तक बनी रहती है। (उदाहरण के लिए, एक संतुलित नमक एकाग्रता)।
एक हवाई छोटी बूंद के भीतर सूक्ष्म वातावरण विविध और अध्ययन करने के लिए कुख्यात है और कार्बनिक मैक्रोमोलेक्यूल्स और सूक्ष्मजीवों की उपस्थिति से और अधिक जटिल है।
जबकि अधिकांश इनडोर एरोसोल मोमबत्तियों, धूल, बाहरी वायु प्रदूषण और खाद्य कुकर जैसे स्रोतों से उत्पन्न होते हैं, श्वसन रोगजनकों को एक्सहेल्ड एरोसोल में प्रेषित किया जाता है जो 100-एनएम से 100-मिमी व्यास तक फैल सकता है और उत्सर्जन दर जितनी कम हो सकती है 10 कण s-1 जब मनुष्य सांस लेता है।
श्वसन गतिविधि जो श्वसन एरोसोल उत्पन्न करती है [जैसे, खाँसी, बोलना], उत्सर्जित कणों का उच्च सतह क्षेत्र-से-आयतन अनुपात आसपास के गैस चरण संरचना के लिए तेजी से संतुलन की सुविधा प्रदान करता है।
विशेष रूप से, छोटी बूंद के भीतर पानी की गतिविधि का आसपास के आरएच में संतुलन एरोसोल के भीतर मौजूद सूक्ष्मजीवों द्वारा अनुभव की जाने वाली भौतिक रासायनिक स्थितियों को प्रभावित करता है।
साँस छोड़ने के बिंदु पर जलीय श्वसन की बूंदें बहुत अधिक जल गतिविधि (~ 0.995) से शुरू होती हैं, जो श्वसन पथ के भीतर उच्च आरएच के साथ संतुलन के अनुरूप होती हैं, लेकिन इनडोर आर्द्रता के साथ संतुलन बनाने के लिए समायोजित होनी चाहिए, जो आमतौर पर 20 से 60 प्रति सीमा के भीतर होती है। प्रतिशत
अधिकांश परिस्थितियों में, साँस छोड़ने वाली एरोसोल की बूंदें वाष्पीकरण के माध्यम से नमी और गर्मी दोनों को तेजी से खो देती हैं, मात्रा और तापमान में बड़े सहवर्ती परिवर्तन के साथ, क्योंकि वे इनडोर वातावरण के साथ एक संतुलन स्थापित करते हैं।
पानी की कमी से न केवल वाष्पीकरण के दौरान विलेय सांद्रता में वृद्धि होती है, बल्कि विषम न्यूक्लिएशन साइटों (यानी, एक सतह) की अनुपस्थिति भी सुपरसैचुरेटेड विलेय सांद्रता की ओर ले जाती है जो कि थोक समाधान चरण में या जमा की गई सीसाइल बूंदों में प्राप्त नहीं की जा सकती है। सतहें।
पर्याप्त रूप से कम आरएच (उदाहरण के लिए, खारा समाधान बूंदों के लिए 45 प्रतिशत से नीचे) पर, विलेय का सुपरसेटेशन नमक अंश के समरूप न्यूक्लियेशन को प्रेरित करने के लिए पर्याप्त हो सकता है, जिससे छोटी बूंद का फूलना (क्रिस्टलीकरण) हो जाता है और एक ड्रायर कण का निर्माण होता है।
इसके अलावा, छोटी बूंद के वाष्पीकरण की प्रारंभिक अवधि के दौरान, छोटी बूंद के भीतर सूक्ष्मजीवों के प्रसार की दर उस दर से काफी धीमी हो सकती है, जिस पर छोटी बूंद की सतह घटती है, जिससे बूंद के निकट-सतह क्षेत्र में उनका बहिष्कार हो जाता है।
यह देखते हुए कि छोटी बूंद की सतह पर भौतिक रासायनिक स्थितियां कोर से भिन्न हो सकती हैं (उदाहरण के लिए, विलेय सांद्रता में सतह संवर्धन), एक कण के भीतर सूक्ष्मजीवों के वितरण को स्थापित करना उनकी लंबी उम्र पर एरोसोल माइक्रोफिजिक्स के प्रभाव को समझने के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है।
परिवेश पर्यावरण के साथ संतुलन स्थापित करने के लिए एरोसोल की नमी कम हो जाने के बाद, सूक्ष्मजीव अस्तित्व में क्षय को स्थिर-राज्य सूक्ष्म भौतिक गुणों द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है।
विशेष रूप से, परिवेश आरएच में विशिष्ट श्रेणी संतुलित विलेय सांद्रता के अनुरूप होती है जो एक्सहेल्ड एरोसोल में सुपरसैचुरेटेड होती है।
हालांकि तंत्र स्पष्ट नहीं है, उच्च नमक सांद्रता वायरल न्यूक्लिक एसिड को नुकसान पहुंचाकर वायरस को निष्क्रिय कर सकती है।
कार्बनिक मैक्रोमोलेक्यूल्स की उच्च सामग्री के साथ, कार्बनिक और अकार्बनिक-समृद्ध डोमेन वाले चरण-पृथक कण या फंसे नमी वाले अनाकार कण बन सकते हैं, संभावित रूप से वायरल और बैक्टीरिया के अस्तित्व को बढ़ा सकते हैं।
इसके अलावा, एरोसोल कणों का पीएच आरएच, आकार और संरचना पर निर्भर है, और एरोसोल छोटी बूंदों की सतहों का पीएच छोटी बूंद से भिन्न हो सकता है।
वास्तव में, विकसित हो रहे एरोसोल पीएच की भविष्यवाणी करना चुनौतीपूर्ण है, खासकर जब परिवेशी वातावरण से पानी में घुलनशील अम्लीय और बुनियादी घटकों के आसान विभाजन पर विचार किया जाता है, इससे पहले कि सूक्ष्मजीव अस्तित्व पर एरोसोल पीएच के प्रभाव पर विचार किया जाता है।
रोगज़नक़ की हवाई स्थिरता का आकलन करने के लिए प्रयोगशाला रणनीतियाँ या तो वास्तविक दुनिया के वातावरण के हर पहलू का अनुकरण करने में सक्षम होनी चाहिए जिसमें संचरण होता है या स्थितियों पर पर्याप्त नियंत्रण प्राप्त किया जाना चाहिए ताकि जीवित रहने पर व्यक्तिगत प्रक्रियाओं और गुणों का प्रभाव हो सके। स्वतंत्र रूप से मूल्यांकन किया।
कई दशकों से गोल्डबर्ग रोटेटिंग ड्रमों का व्यापक रूप से वायुजनित रोगज़नक़ स्थिरता का आकलन करने के लिए उपयोग किया गया है और SARS-CoV-2 के हवाई अस्तित्व की जांच के लिए उपयोग किया गया है।
अधिक विशेष रूप से, अध्ययनों ने समय पर संक्रामकता की निर्भरता (20 मिनट से 16 घंटे), आरएच (40 से 70 प्रतिशत), और सेल संस्कृति मीडिया से बने एरोसोल में माप के साथ यूवीसी प्रकाश की उपस्थिति की जांच की है (डल्बेको का संशोधित ईगल माध्यम [ DMEM] और न्यूनतम आवश्यक मीडिया [MEM]) और कृत्रिम लार।
सभी अध्ययन ~ 5 um (द्रव्यमान माध्य वायुगतिकीय व्यास) के संतुलित कण आकार पर ध्यान केंद्रित करते हैं।
एक छिटकानेवाला का उपयोग एरोसोलिज्ड रोगज़नक़ का एक बादल उत्पन्न करने के लिए किया जाता है जो ड्रम के घूमने से निलंबित हो जाता है।
ड्रम के भीतर प्रारंभिक पर्यावरणीय परिस्थितियों को नेबुलाइज़र के आउटपुट को आर्द्रता के प्रवाह और तापमान नियंत्रित हवा के साथ मिलाकर नियंत्रित किया जा सकता है।
हालांकि, स्थिर पर्यावरणीय परिस्थितियों के साथ संचालन चुनौतीपूर्ण हो सकता है; उदाहरण के लिए, जैसे-जैसे बूंदें वाष्पित होती हैं और निर्धारित आर्द्रता को संतुलित करती हैं, उनके द्वारा छोड़ा गया पानी ड्रम के भीतर की नमी को बढ़ा सकता है।
इसके अलावा, ताजा नेबुलाइज्ड एरोसोल-क्लाउड के भीतर तरल पानी की मात्रा में गतिशील परिवर्तन बहुत तेजी से होने वाले परिवर्तनों को दोहराते नहीं हैं जो एक्सहेल्ड एरोसोल की बेहद कम सांद्रता के साथ हो सकते हैं।
यह रोगज़नक़ व्यवहार्यता में अल्पकालिक कमी के किसी भी अध्ययन को रोकता है जो निकट संपर्क संचरण और सूक्ष्म जीवों के अस्तित्व पर साँस छोड़ने के तत्काल परिणामों को समझने के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है।
शोधकर्ताओं ने पहले संक्रामक एरोसोल के अध्ययन और एरोसोल माइक्रोफिजिक्स और रोगज़नक़ अस्तित्व के बीच परस्पर क्रिया के लिए एक अद्वितीय दृष्टिकोण की सूचना दी है, जो रोगजनकों के हवाई दीर्घायु को नियंत्रित करने वाले अंतर्निहित तंत्र का आकलन करने के लिए पूरक एयरोसोल विश्लेषण तकनीकों का उपयोग करते हैं।
CELEBS (नियंत्रित इलेक्ट्रोडायनामिक उत्तोलन और एक सब्सट्रेट पर बायोएरोसोल का निष्कर्षण) तकनीक का उपयोग करके वायरस और बैक्टीरिया की एरोसोल स्थिरता की जांच की जाती है।
CELEBS में, बैक्टीरिया या वायरस युक्त लगभग समान मोनोडिस्पर्स बूंदों की एक छोटी आबादी (<20) एक विद्युत क्षेत्र में फंस जाती है, जबकि हवा का एक निरंतर प्रवाह बूंदों के आसपास जारी पानी के संचय को रोकता है।
CELEBS में बूंदों को लोड करने में <0.1 s लगता है, और समय के साथ बूंदों का कोई भौतिक नुकसान नहीं होता है।
इस प्रकार, बूंदों के भीतर निलंबित रोगाणुओं की व्यवहार्यता का आकलन निलंबन की अवधि 5 एस से कम से कई घंटों के बीच भिन्न होने के बाद किया जा सकता है।
इन दीर्घायु मापों को तब तुलनात्मक गतिज-इलेक्ट्रोडायनामिक संतुलन (CK-EDB) के रूप में संदर्भित एक उपकरण में ठीक उसी तरह उत्पन्न बूंदों के भौतिक रासायनिक गुणों में गतिशील परिवर्तनों के विस्तृत माप के साथ संदर्भित किया जा सकता है।
सीके-ईडीबी बूंदों को उत्पन्न करने के लिए सीईएलईबीएस के समान पीजोइलेक्ट्रिक ड्रॉपलेट-ऑन-डिमांड डिस्पेंसर का उपयोग करता है, जिसमें नमी और तापमान-नियंत्रित हवा के प्रवाह के भीतर एक लेजर के मार्ग में कब्जा कर लिया गया कण होता है।
लोचदार प्रकाश प्रकीर्णन पैटर्न का उपयोग इन बूंदों के आकार और संरचना का अनुमान लगाने के लिए उसी पर्यावरणीय परिस्थितियों में किया जा सकता है जैसा कि CELEBS में उपयोग किया जाता है।
बूंदों (सीके-ईडीबी) के भौतिक-रासायनिक गुणों के समय-संवेदी माप को एक ही समय पर डाउनस्ट्रीम जैविक प्रभावों (सीईएलईबीएस) के साथ जोड़कर, वायरस और बैक्टीरिया की निष्क्रियता तंत्र के बारे में परिकल्पनाओं की व्यवस्थित खोज संभव है।
इस अध्ययन में, हम सेल संस्कृति माध्यम की हवाई बूंदों में SARS-CoV-2 के अस्तित्व के अध्ययन के लिए इस दृष्टिकोण को लागू करते हैं, जो कि 20 मिनट के माध्यम से, ताजा निकाले गए एरोसोल के वाष्पीकरण के अनुरूप, <20 s से फैले समय के साथ जीवित रहने की जांच करते हैं। .
छोटी बूंद में होने वाले भौतिक-रासायनिक परिवर्तनों का अध्ययन करके और यह पता लगाकर कि ये परिवर्तन वायरस की संक्रामकता को कैसे प्रभावित करते हैं, हम SARS-CoV-2 पर हवाई वातावरण के प्रभाव को स्पष्ट करते हैं।
यह अध्ययन COVID-19 संचरण पर पर्यावरणीय परिस्थितियों के संभावित प्रभाव की अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।
