温度和热导率是如何影响病毒传播的?

简介:COVID-19等病毒如何受到它们所栖息材料类型及其周围环境条件影响

与大多数现代物种相比,传染性病毒在地球上的生存时间更长,并能迅速适应许多不同的恶劣环境条件,这使它们能够迅速繁殖和多样化。有许多针对人类的特定病毒,会对我们的免疫系统和身体健康造成极大的损害。目前备受关注的病毒是新冠病毒或称为SARS-CoV-2 (COVID-19)。

冠状病毒不是活生物体,它由被保护性脂质层(脂肪)覆盖的蛋白质分子(DNA)组成,通过被感染者咳嗽或打喷嚏时喷出的飞沫传播。这些病毒颗粒的寿命,部分取决于周围的环境条件以及这些颗粒着陆的表面类型。空气的温度和湿度,在影响病毒的生存能力以及它所依赖的材料的热性能方面,发挥着巨大的作用。

病毒属性

由于冠状病毒不是活生物体,所以从技术上讲,它无法被杀死。为了让它不再被认为是有生命的,它需要在不接触宿主有机体(人类)的情况下自行腐烂。病毒的解体在很大程度上取决于温度、湿度以及它所驻留的材料类型。为了消灭病毒,必须溶解保护性脂质涂层,然后蛋白质分子才会自行分解。这就是为什么用温水洗手,是消灭病毒最有效方法之一的原因。当冠状病毒不受干扰时,其解体时间部分取决于它所依赖的物质类型。

研究人员仍然不能百分之百确定冠状病毒能在特定表面上停留多长时间,但是,新的分析表明,该病毒可以在空气中停留长达3小时,在铜表面上停留4小时,在纸板上停留24小时,以及在塑料上停留72小时。目前还不清楚病毒可以在织物上保留多长时间,但研究人员怀疑羊毛和棉花等天然纤维,通常比丝绸和合成纤维能更长时间保留病毒和细菌。

热导率和病毒活力

许多能够长期保存病毒的材料的特性特点是,拥有相对较低的热导率。热导率是衡量材料有效传热能力的指标。大多数金属是非常有效的热导体,而塑料和木材等材料是更有效的绝缘体(导热率低)。在所有金属中,铜的导热系数最高,它只能将病毒保存3小时。

虽然目前很少有研究分析材料的热导率与其容纳病毒的能力之间的直接关系,但最近公布的科学数据表明,高温环境不利于病毒的生存和生长。这也可以解释,为什么塑料和硬纸板等材料能够长期保存病毒。因为这两种材料的导热系数都很低,这意味着热量不容易通过它们。虽然这些材料可以抵抗热量的流动,但可以假设它们为病毒的持续存在,创造了一个更凉爽、更安全的环境。

在人为重塑和处理之前的天然铜矿金属结构
图一:在人为重塑和处理之前的天然铜矿金属结构

温度COVID-19传播

虽然目前很少有研究将材料的热导率与其分解病毒的能力联系起来,但有许多研究表明,紫外线光照、高温和高湿度值是如何导致病毒更快分解的。大多数病毒颗粒在外部寒冷、潮湿和黑暗条件下生长旺盛。在中国进行的几项研究表明,温度和湿度的升高,与降低COVID-19的繁殖之间存在直接关联。

新冠病毒代表的这些模式与流感的传播模式一致。这些研究使科学家能够预测,随着北半球夏季的到来,COVID-19的传播可能会减少。

COVID-19在学术上被称为SARS-CoV-2。SARS的缩写表示这种病毒会引起严重的急性呼吸综合征。COVID-19 并不是第一个袭击人类,并造成严重破坏的SARS病毒。早在2003年,另一种称为SARS的冠状病毒在5大洲的30多个国家迅速传播和演变。

SARS病毒的模式和行为,目前正被用来预测COVID-19疾病在遇到不同的环境条件时将如何反应,以及如何潜在地帮助创造一种阻止病毒传播的方法。自2003年以来对SARS病毒进行的研究表明,它在高温环境中的反应非常差,但在周围气温为22-25摄氏度、相对湿度较低(40-50%)的光滑表面上可以生存长达5天。这个温度范围是病毒在有空调和有温度控制的房屋和建筑物中逗留的理想温度。

防止COVID-19感染的最有效方法是正确洗手
图二:防止COVID-19感染的最有效方法是正确洗手

结论

最近对COVID-19的研究,试图确定这种病毒可以在物体表面上停留多长时间。这项研究表明,冠状病毒可以在空调环境中的表面上,持续生存至少两周,在室温(约21°C)下的液体悬浮液中可以持续生存长达3周。这种病毒也可以通过将其静止表面加热到 56°C,并持续15分钟来轻松杀死。很明显,热量是这种病毒的克星。在有更多的研究以及新冠疫苗的研发能够彻底保护我们之前,我们最有效的防御方法是通过用肥皂温水洗手和远离潜在污染区域的措施,来保护自己和家人。

材料的热性能与病毒分解之间的关系,尚待更深入地探索。然而,目前来看,高导热率的材料似乎确实是病毒的不良的栖息场所,因为它们似乎有助于帮助病毒更快地完成分解。

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