一個會咳嗽、打噴嚏的人體鼻子和上呼吸道3D 列印模型讓研究人員更了解了空氣傳播感染的方式。 這些知識將有助於發展減少傳播的有效方法。

利用人體呼吸道的三維模型測試空氣傳播感染的方式

全球COVID-19大流行表明，呼吸道疾病很容易透過咳嗽和打噴嚏傳播。 要了解呼吸道疾病是如何傳播的，就必須精確複製空氣傳播疾病的過程。 然而，並不是總是能招募到病人進行研究。

為此，西班牙羅維拉-伊-維爾吉利大學（Universitat Rovira i Virgili，URV）的研究人員設計並建造了一個人體上呼吸道和鼻腔的三維模型，能夠模擬咳嗽和打噴嚏，以便更好地研究攜帶疾病的微粒的傳播。

研究人員說：「這種新穎的實驗裝置用於產生類似人類咳嗽和打噴嚏的呼氣，可調節參數用於控制空氣噴射強度。利用逼真的上呼吸道和鼻腔三維（3D）列印模型，我們可以研究呼氣強度和鼻腔氣道（透過阻塞或不阻塞模型的鼻孔）對氣溶膠雲擴散的作用。

研究人員精確的人體氣道和鼻腔3D 列印模型

鼻腔對氣流動力學以及咳嗽或打噴嚏時排出的微粒的大小、方向和擴散速度至關重要。 經由鼻腔或口腔排出的微粒也有差異。 由於這些因素會影響疾病的傳播，研究人員希望設計出盡可能真實的呼吸模型。

研究人員使用高速攝影機和雷射光束即時研究空氣微粒在空氣中的擴散情況。 他們在一系列實驗條件下測量了粒子雲的軌跡和寬度，這些實驗條件旨在模擬透過鼻子或嘴巴進行的不同”劇烈呼氣事件。”

研究人員發現，透過鼻子呼氣會導致感染性微粒向下偏轉，使其更垂直分散，而較少水平分散。 他們說，雖然這可能會降低疾病傳染給周圍人的風險，但也意味著微粒在空氣中懸浮的時間更長。 在通風條件較差的密閉空間裡，長期如此會增加其他人感染的風險。

相較之下，透過口腔呼氣會使感染性微粒沿著更水平的路徑傳播得更遠。 研究人員說，這種傳播模式增加了近距離人群受到感染的風險，因為微粒很可能直接落在他們身上，尤其是在面對面交談或共享環境中。

主要作者Nicolás Catalán 手持3D 列印的上呼吸道模型

“這些結果有助於我們了解顆粒核如何在室內空間擴散，進而了解疾病如何透過空氣傳播，”該研究的第一作者、URV機械工程系研究員尼古拉斯-卡塔蘭（Nicolás Catalán）說。

雖然還需要進一步研究濕度和溫度等環境因素對微粒擴散的影響，但從本研究中獲得的認知可以為餐廳、教室、醫院、公共交通等場所的通風策略提供參考。

研究人員說：”根據粒子雲動力學優化通風系統有可能大大降低空氣傳播疾病的風險。”

該研究發表在《流體物理學雜誌》。