數(shù)據(jù)可以拯救生命，而更優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)能夠挽救更多生命。正如美國(guó)數(shù)據(jù)現(xiàn)代化計(jì)劃（DMI）所強(qiáng)調(diào)的，公共衛(wèi)生依賴于及時(shí)和完整的數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)往往難以獲取[1,2]。COVID-19大流行暴露了這一局限性：從有癥狀患者那里獲得的信息存在延遲、不完整，無(wú)法捕捉到傳播的動(dòng)態(tài)。等到病例被記錄下來(lái)時(shí)，傳播可能已經(jīng)發(fā)生[34

氣溶膠被定義為懸浮在空氣中的細(xì)小液體或固體顆粒，直徑通常小于5微米，可以在空中長(zhǎng)時(shí)間懸浮并廣泛擴(kuò)散。日常人類活動(dòng)如呼吸、說(shuō)話和咳嗽會(huì)不斷產(chǎn)生這些顆粒，它們是呼吸道病原體傳播的有效載體[56

空氣傳播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常由采樣、傳感和數(shù)據(jù)處理及管理組件組成。采樣設(shè)備從復(fù)雜的空氣環(huán)境中捕獲并濃縮稀有的生物顆粒，為后續(xù)檢測(cè)提供基礎(chǔ)。然后，傳感器模塊檢測(cè)并將與病原體相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為可解釋的測(cè)量結(jié)果。數(shù)據(jù)處理和管理則超越了儀器本身，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)分析、分布式節(jié)點(diǎn)之間的通信以及向公共衛(wèi)生機(jī)構(gòu)傳遞結(jié)果。這些組件共同將環(huán)境痕跡轉(zhuǎn)化為可操作的信息，為空氣中的病原體傳播監(jiān)測(cè)建立了科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。

采樣是空氣傳播監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵入口點(diǎn)，其任務(wù)是從復(fù)雜的空氣環(huán)境中捕獲稀有的病毒顆粒并將其轉(zhuǎn)化為可分析的樣本。這一步驟本身具有挑戰(zhàn)性：呼吸氣溶膠高度分散，隨時(shí)間和空間變化，且濃度通常低于室內(nèi)背景顆粒。為了解決這些問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種設(shè)備。慣性分離采樣器（撞擊器、沖擊器和旋風(fēng)分離器）利用動(dòng)量將顆粒從氣流中引導(dǎo)到收集介質(zhì)上，實(shí)現(xiàn)高流量和空氣動(dòng)力學(xué)尺寸分級(jí)，但長(zhǎng)時(shí)間采樣時(shí)可能會(huì)影響樣本質(zhì)量。過(guò)濾采樣器在多孔膜上高效捕獲氣溶膠，盡管需要洗脫步驟來(lái)降低回收率。冷凝生長(zhǎng)收集器通過(guò)加濕使亞微米顆粒增大并將其捕獲在液體中，提高了細(xì)顆粒的捕獲效率并保持了傳染性，但增加了復(fù)雜性和環(huán)境敏感性。沒(méi)有一種方法在所有條件下都能達(dá)到最佳效果，這凸顯了各種采樣設(shè)計(jì)中捕獲效率與生物完整性之間的長(zhǎng)期權(quán)衡[7

傳感是基于氣溶膠的監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵步驟，它將捕獲的生物材料轉(zhuǎn)化為明確的信號(hào)。從概念上講，可以沿著兩個(gè)維度進(jìn)行描述：識(shí)別策略和轉(zhuǎn)換機(jī)制。識(shí)別策略包括核酸檢測(cè)（如聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）、等溫?cái)U(kuò)增或高特異性的DNA結(jié)合平臺(tái)（例如CRISPR）；通過(guò)抗體、適配體或受體模擬物親和捕獲病毒蛋白或完整的病毒顆粒；以及基于顆粒大小、電荷或光譜特征的物理化學(xué)特征，具有生命體征識(shí)別的變體可以同時(shí)反映存在和傳染性[8–1112,13）。最先進(jìn)的設(shè)備將識(shí)別和轉(zhuǎn)換集成在微流控平臺(tái)上，支持多重檢測(cè)，并包含無(wú)人操作的質(zhì)量控制[14

數(shù)據(jù)是將局部檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)級(jí)公共衛(wèi)生信息的核心。在基于氣溶膠的病毒傳播監(jiān)測(cè)中，這一角色由數(shù)據(jù)處理和管理實(shí)現(xiàn)，它將原始傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)化為可操作的流行病學(xué)見(jiàn)解。該過(guò)程從實(shí)時(shí)信號(hào)分析開(kāi)始，去除噪聲、提取特征并生成準(zhǔn)確的結(jié)果。整合通常發(fā)生在兩個(gè)層面：在一個(gè)地點(diǎn)內(nèi)（例如機(jī)場(chǎng)大廳），或者匯總來(lái)自多個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以評(píng)估當(dāng)?shù)厍闆r；跨地點(diǎn)，將學(xué)校、醫(yī)院和交通樞紐的信號(hào)合并成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流[15,1617圖1提供了一個(gè)空氣傳播疾病監(jiān)測(cè)框架的概述。它展示了如何將采樣、傳感和數(shù)據(jù)分析集成到學(xué)校、機(jī)場(chǎng)和購(gòu)物中心等游客頻繁且流動(dòng)較大的環(huán)境中，最終將結(jié)果反饋到中央公共衛(wèi)生決策基礎(chǔ)設(shè)施中。

然而，在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)這一集成系統(tǒng)需要克服更深入的工程和運(yùn)營(yíng)挑戰(zhàn)。病原體氣溶膠的濃度通常極低，使得高效采樣和靈敏檢測(cè)變得困難。設(shè)備必須在多種環(huán)境中保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，同時(shí)也要便于操作、校準(zhǔn)和維護(hù)。

即使克服了這些障礙，最后一個(gè)挑戰(zhàn)仍然是將有前景的設(shè)備轉(zhuǎn)化為持久的基礎(chǔ)設(shè)施。單個(gè)傳感器可能能夠捕獲信號(hào)，但只有當(dāng)這些設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化并得到維護(hù)時(shí)，它們才能作為公共衛(wèi)生系統(tǒng)的一部分發(fā)揮作用。COVID-19大流行提供了一個(gè)教訓(xùn)：美國(guó)的“檢測(cè)即治療”計(jì)劃表明，診斷工具的價(jià)值不僅在于準(zhǔn)確性，還在于其融入服務(wù)。對(duì)于氣溶膠監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，這一原則同樣適用，無(wú)論是在機(jī)場(chǎng)還是醫(yī)院等場(chǎng)所，都需要連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)以反映更廣泛的環(huán)境狀況。跨地點(diǎn)，共享的協(xié)議還需要允許持續(xù)校準(zhǔn)、維護(hù)和質(zhì)量控制，以確保可靠性。當(dāng)監(jiān)測(cè)嵌入學(xué)校和工作場(chǎng)所時(shí)，基礎(chǔ)設(shè)施將再次發(fā)展，因?yàn)樗�成為疫情�?zhǔn)備的重要組成部分。

氣溶膠病原體傳播監(jiān)測(cè)的潛力不僅在于技術(shù)性能，還取決于整個(gè)社會(huì)是否能夠采納、信任并持續(xù)支持它[1819

氣溶膠病毒傳播監(jiān)測(cè)改變了疫情準(zhǔn)備狀態(tài)：它不是檢測(cè)個(gè)體是否患病，而是檢測(cè)共享環(huán)境中是否正在發(fā)生傳播。這一轉(zhuǎn)變將數(shù)據(jù)收集提前到更早的階段，為臨床診斷提供了補(bǔ)充，并實(shí)現(xiàn)了更早、更廣泛的干預(yù)。其潛力在于將感染的存在轉(zhuǎn)化為社區(qū)和公共空間層面的集體風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)。要實(shí)現(xiàn)這一愿景，技術(shù)進(jìn)步必須與治理、信任和持續(xù)合作相匹配。未來(lái)的研究需要探索如何擴(kuò)大這些系統(tǒng)的規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化和整合到不同環(huán)境中，同時(shí)確保數(shù)據(jù)安全和公眾接受度。

最后，這一愿景遠(yuǎn)非理論上的設(shè)想，已經(jīng)開(kāi)始在現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用中得到支持。最近的研究表明，基于氣溶膠的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以在學(xué)校等日常環(huán)境中成功運(yùn)行，在那里它們提供了與更廣泛社區(qū)感染趨勢(shì)一致的早期病毒傳播信號(hào)[20