2019年底发生在武汉的新冠状病毒疫情防控中，环境多介质病毒检测与重大环境风险评估是亟待解决的技术问题。北大环境学院要茂盛教授团队对现有北京大学的国家发明专利（ZL 2016 1 0857255.9）进行改造升级，集成北大和企业合作研发的大流量空气采样（每分钟采集400升空气）与现有商业化机器人、现场快速提取病毒RNA与核酸扩增等技术，创建了现场空气中新冠病毒快速检测系统Air-Cov-Watch（ACW）。通过利用可规划路线的机器人空气采样，可以针对医疗环境以及公共场所进行程序化扫描式地采集气溶胶样品，无需人员进入即可获取在任何区域的气溶胶样品，然后指令机器人将样品送到指定地点，工作人员可以对气溶胶样品中新冠病毒展开现场快速检测。该系统对医疗环境干扰少、空气样品更具有代表性且可以持续自动获取样品。ACW系统于2月26号通过专车送达武汉。
图 1 团队运往武汉的空气中新冠病毒ACW检测系统
北京大学的合作团队江苏疾控援武汉公卫队在武汉的定点医院利用ACW开展环境空气以及患者呼出气中新冠病毒的检测工作。江苏疾控援武汉公卫队由江苏省疾控中心环境与健康所副所长、副主任医师周连带队，队员包括病原检测专业蒋云宇、洪捷、周恺、杜萌与环境消毒专业孙伯超。合作团队对武汉华中科技大学协和江南医院等的空气进行了扫描式采样监测，同时也利用北大自主研发的呼出气采集器采集了部分患者的呼出气，并做了检测。此外，要茂盛教授和企业团队合作的生物气溶胶大流量采样器以及呼出气采集仪器很早就发往武汉以及其它省市地区在医疗环境现场使用，协助快速检测空气的新冠病毒。疫情爆发后，江苏省疾病预防控制中心除了和北京大学合作外，一直在武汉执行其它重要防控疫情工作。
图2合作团队江苏疾控中心在武汉华中科技大学协和医院监测
此外，在疫情较轻的北京，团队通过与北京市朝阳区疾病预防控制中心马建新副主任医师、科长带领的团队合作利用北京大学创建的ACW系统针对北京的定点隔离酒店、定点医院等环境的空气与患者呼出气中的新冠病毒进行了监测，同时也对物体直接表面的环境样品中的新冠病毒进行了采集检测，截止目前共采集检测共400多份样品，在开放空间和通风好的医院环境空气样品均为阴性，部分物体表面涂抹样品为阳性，其中包括患者厕坑涂抹样品。
图 3 合作团队北京朝阳疾控中心在北京某定点隔离酒店监测
团队创建的ACW系统可实现对医疗环境、公共场所的空气中的新冠状病毒进行地毯式扫描监测，实现无死角、无干扰动态监测。利用ACW系统针对定点医疗环境场所与定点公共场所，可识别空气中新冠病毒风险，保护医疗环境和生命财产安全，科学歼灭疫情。在未来，该系统可以进一步进化发展成车载的无人自动化检测系统，可以实现远程控制完成对定点环境空气中病原体的快速监测，包括各种病原微生物等。通过集成无人机空气采样，ACW可以进一步对室内外特定的地面机器人无法进入空间的空气无死角监测，保障空气生物安全。该系统还可加载北京大学最近研发的基于动物的空气毒性实时监测系统，有望在未来核生化危险的实时预警与大规模的传染病疫情的防控提供重要的科技支撑，保障生命安全，将危害扼杀在摇篮中，为抵抗疫情提供科学盾牌。
过去10多年期间，要茂盛团队与江苏省疾病预防控制中心环境与健康所所团队和北京市朝阳区疾病预防控制中心马建新团队开展了长期稳定的合作，疫情过后将进一步加强合作攻关研究。在此次抗击疫情合作中，也得到了中国医学科学院医学实验动物研究所秦川所长与中国工程院应急攻关项目技术协调人之一、清华大学蒋靖坤教授以及中国科学院武汉病毒研究所关武祥研究员、孙修炼研究等的支持。团队合作工作得到了国家自然基金委专项项目（22040101）、中国工程院“新型冠状病毒传播与环境的关系及风险防控”应急攻关项目与国家杰出青年科学基金（21725701）的支持。合作团队还包括北京大学张远航教授、曾立民教授、北京鼎蓝科技有限公司、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所郑云昊助理研究员。北京大学生物气溶胶实验室徐丝瑜博士后、研究生李心月、张璐、陈灏轩、张婷、王敏妃以及本科生李旭文和鲜雪华等参与了ACW系统准备与调研相关工作。
延伸阅读
新冠疫情爆发后，要茂盛教授团队于1月21号（当时湖北确诊198个新冠病例）快速整理一份新冠状病毒疫情的形势分析报告，通过实验室公众号快速发出，并于1月27号组织66名不同行业的专家学者利用腾讯网络会议平台进行了新冠病毒疫情研讨会，对疫情发展走向，传播途径以及临床上面临的挑战进行了热烈讨论。作为北京市科委的口罩与防护服再利用技术的聘请专家，负责指导了相关“再生”技术。针对新冠疫情气溶胶传播的问题，要茂盛教授受邀做了大量的科普工作，包括新华社、Global Times、《中国科学报》等，从科普层面上为科学防疫做出了积极贡献，减少了民众恐慌。于2月10，受卫健委邀请要茂盛教授代表合作团队做了新冠疫情防控的相关报告。于4月7日，应国际室内空气质量与气候组织ISIAQ邀请，要茂盛向来自世界各地200左右专家进行1个多小时的抗击疫情进展分享。
北京大学环境科学与工程学院要茂盛教授，2007年加入北京大学工作至今，一直从事气溶胶中病毒、细菌、真菌以及其它过敏性物质的研究，曾获国家自然科学基金委杰出青年科学基金项目“生物气溶胶”资助。要茂盛教授也是北大张远航院士领衔的教育部“黄大年式教师团队”的成员之一，过去在生物气溶胶采样、检测及控制上取得了重要研究成果，获得了大量的技术储备，包括创建了空气生物安全防御系统BioSTAND ®和最新的利用大鼠监测空气毒性RSTair技术。此外，在病毒气溶胶的浓缩与检测也取得了重要突破，包括实时在线监测空气中与临床患者呼出气中的流感病毒的快速检测。最近几年，要茂盛教授陆续召集并发起了首届生物气溶胶香山科学会议（第600次）与耐药基因香山科学会议（第657次）。
