摘要
精确量化呼吸道病原体传播对于支撑室内医疗环境中的疾病监测和支持诊断决策至关重要。尽管数值模拟被广泛用于研究宏观尺度传播，但控制液滴动力学的关键物理参数尚未被充分理解。本研究开发了一种多尺度传播模型，以评估液滴蒸发、沉降和通风对病毒传播的影响。基于 Wells 蒸发 - 沉降理论，建立了一个时变模型，纳入了液滴粒径分布、环境湿度和通风条件，并推导出了不同呼吸活动（呼吸、说话、咳嗽和打喷嚏）下浓度分布的解析表达式。结果表明，液滴大小对传播距离起决定性作用，且较低的相对湿度会显著延长沉降范围。小咳嗽液滴可传播至 2.5 米，而双峰打喷嚏分布（1.5 微米和 74 微米）会产生高达 2 米的高浓度区域。为了验证模型，开发了一个分子通信测试平台，作为面向生物传感的平台，集成了发射器、接收器和可配置通风模块，具备实时传感能力，能够在不同呼吸模式、湿度和通风条件下进行系统验证。实验结果与理论预测高度一致。该框架为基于生物传感的环境监测和面向诊断的风险评估提供了定量基础，为室内环境的通风优化和感染控制措施提供依据。
