新型垂直气流装置“Canopy”结合陶瓷壁流过滤器降低医院病房空气病原体传播的研究

针对医院环境中气溶胶传播病原体的防控难题，研究人员开发了集成陶瓷壁流过滤器（效率>99%）的垂直气流系统"Canopy"。通过实验室模拟（15m2 /36m2 病房）测试NaCl颗粒、MS2噬菌体和人体呼出细菌的拦截效果，证实该系统对三种气溶胶的过滤效率分别达95%、87%和92%，联合抗菌帘使用可进一步提升防护效果，为降低院内感染（HAIs）提供了创新解决方案。

　　

医院作为高风险感染场所，气溶胶传播病原体的问题在COVID-19大流行期间尤为突出。传统隔离病房资源有限，常规通风系统难以有效阻断病原体水平扩散，而纤维过滤器（如HEPA）存在成本高、更换频繁等缺陷。面对这一挑战，瑞士联邦环境办公室等机构资助的研究团队在《Journal of Hospital Infection》发表论文，提出了一种革命性的解决方案——"Canopy"垂直气流系统。

研究团队采用计算流体力学（CFD）模拟优化气流参数，通过 Siemens Simcenter STAR-CCM+ 软件建立病房三维模型，分析不同流速（180m³
/h）下的粒子逃逸率。实验阶段选用两种规格病房（15m²
/36m²
），采用三重验证体系：① 2% NaCl溶液雾化模拟气溶胶，通过光散射传感器（Sensirion SP30）实时监测；② MS2噬菌体（ATCC? 15597）作为病毒替代物，经明胶过滤器采集后通过噬斑试验（PFU）定量；③ 志愿者呼出细菌通过血琼脂平板（CFU计数）检测。所有数据均与常规通风条件对比，并评估抗菌帘的协同效应。

流场模拟验证设计可行性
CFD模拟显示，180m³
/h流速可在900秒内建立稳定垂直流场，使病床上方区域（红色标记）的粒子逃逸率降至3%以下。该流速对应整体房间换气率2.5h^-1
，病床局部换气率达22h^-1
，为后续实体装置设计提供理论依据。

小病房测试展现高效拦截性能
在15m²
模拟双人病房中，NaCl颗粒在邻床"患者躯干"位置的浓度降低86%（图5），过滤器上下游检测显示陶瓷壁流过滤器实际拦截效率达99%。MS2噬菌体实验中，系统覆盖区内外的病毒载量差异达10倍（3.0×10⁵
vs 4.1×10⁴
PFU/mL），效率87%（图6）。人体呼出细菌测试进一步验证，系统开启时邻床细菌浓度降低92%（705 vs 53 CFU/mL）。

大病房实验确认规模适应性
36m²
四床病房测试中，NaCl颗粒在邻床头部的拦截效率保持86%（图8），MS2噬菌体拦截率73%（图9）。引入抗菌帘后产生协同效应：NaCl颗粒拦截率提升至95%（图10），较单独使用帘幕（58%）效率翻倍；MS2噬菌体因帘幕扰动气流导致数据波动，但仍显示54%的拦截趋势（图11）。

该研究证实，Canopy系统通过"病床上方抽吸-陶瓷过滤-床底回送"的闭环设计，结合热对流自然上升效应，可有效阻断病原体水平扩散。陶瓷壁流过滤器凭借分级孔结构（>99%拦截率）、耐高温灭菌（1000°C）和长寿命等优势，较传统HEPA过滤器更具成本效益。噪声控制方面，系统运行声压级仅44dB，低于多数医疗设备。这些发现为缓解隔离病房资源紧张、降低结核病/流感/金黄色葡萄球菌等气溶胶传播风险提供了实用技术方案，尤其适用于急诊分流和普通病房改造场景。未来需扩大人体试验样本，并评估在呼吸道传染病患者中的实际防护效果。