人类在呼吸、说话和咳嗽等呼吸活动中会向室内环境中释放颗粒物。这些颗粒物可能携带病原体，成为呼吸道疾病传播的关键媒介[1,2]。根据颗粒物的空气动力学直径（Da），它们通常可以分为两种类型：液滴模式（Da > 5 μm）和气溶胶模式（Da < 5 μm）[3,4]。液滴模式颗粒物主要来源于上呼吸道，容易迅速沉降到表面或地面[5,6]；而气溶胶模式颗粒物主要来自下呼吸道的肺液，通过蒸发迅速失去水分，从而能够在空气中悬浮[5,6]。尽管液滴模式颗粒物的体积浓度通常比气溶胶模式颗粒物高2-3个数量级或更多[7]，但在感染者的呼出颗粒物中，大多数呼吸道病原体存在于Da < 5 μm的颗粒物中[8,9]。冠状病毒、流感病毒和鼻病毒的载量在气溶胶模式颗粒物中分别约为液滴模式颗粒物的380倍、524倍和1094倍[10,11]。因此，在相同的呼吸活动中，气溶胶模式颗粒物中的病毒总数可能与液滴模式颗粒物相当甚至更多[12,13]。例如，Milton等人（2013年）[14]的研究表明，细颗粒物（Da ≤ 5 μm）中的流感病毒RNA拷贝数是粗颗粒物（Da > 5 μm）的8.8倍。
由于体积较大，液滴模式颗粒物（即呼出的液滴）传统上被认为是近距离社交互动中疾病传播的主要载体[15,16]。呼出时产生的大液滴（> 100 μm）通常在几秒内（< 10秒）就会沉降到地面或个体黏膜上[17,18]，其传播作用主要发生在0.5米以内的距离[16]。超过1-2米的距离后，空气中的液滴浓度迅速降至平均水平[16,19]，相应的病原体传播风险也随之大幅降低[20,21]。因此，尽管液滴模式颗粒物对短距离疾病传播很重要，但由于它们快速沉降且寿命短，其在社交距离之外的传播风险很小。相比之下，气溶胶模式颗粒物体积小且沉降缓慢，可以在空气中悬浮较长时间[22,23]。在静止空气中，Da = 1 μm的颗粒物可以悬浮超过12小时[24]，从而能够在更远的距离上传播病原体[4]。在室内环境中，呼出的气溶胶模式颗粒物有足够的时间在整个房间内扩散[25]，呼吸病毒在颗粒物中可以保持传染性数小时[26,27]，从而增加室内传播的风险。
多项研究证实，气溶胶模式颗粒物的扩散是室内环境中呼吸道疾病传播的主要途径之一[28,29]。这些颗粒物的空气传播风险主要取决于它们在空气中的停留时间和其中的病原体存活率[24,30,31]。气溶胶模式颗粒物在室内表面的沉积受重力沉降、布朗扩散和湍流扩散的共同影响[32,33]，这些过程的速率强烈依赖于颗粒物的大小、密度和相关性质[34]。呼出颗粒物主要由水、无机盐和蛋白质组成[35,36]，这些成分赋予了它们一定的吸湿性[37]。当颗粒物释放到不同相对湿度（RH）的室内环境中时，它们会吸收或蒸发水分以达到与环境RH的热力学平衡，从而改变其大小和密度[38]，进而影响其在室内的沉积行为。
许多研究使用吸湿性串联差分迁移率分析仪（HTDMA）和电动力平衡仪（EDB）等仪器，研究了呼出颗粒物（包括气溶胶模式和液滴模式颗粒物）的吸湿性[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49]。这些研究表明，呼出颗粒物的吸湿性主要受其化学成分的影响，较高的有机成分会抑制水分吸收并减少吸湿性增长[39,40]。然而，这些研究主要关注颗粒物吸湿性增长（或蒸发）对较大颗粒物重力沉降行为和寿命的影响[37,41,42]，以及颗粒物吸水（或失水）及其相关相变对病原体存活率的影响[43,44,45]。只有少数研究探讨了吸湿性对室内环境中气溶胶模式颗粒物沉积和寿命的影响[46]。此外，现有的关于呼出颗粒物吸湿性的研究主要集中在健康个体上。临床证据表明，肺炎患者的呼吸道液体中含有比健康个体更高的有机物质[47,48]，这可能显著影响这些液体产生的颗粒物的吸湿性。鉴于肺炎患者也是病原体传播的重要来源，表征他们呼出颗粒物的吸湿性是准确评估室内感染风险的重要但被忽视的步骤。迄今为止，尚未有研究比较健康个体和肺炎患者呼出颗粒物在相对湿度条件下的室内停留行为。
为填补这些空白，本研究分析了三种类型呼出气溶胶模式颗粒物的吸湿性，这些颗粒物分别来自代表健康个体和肺炎患者的人工制备溶液。通过将实验室测量结果与两种室内颗粒物沉积模型相结合，本研究定量评估了不同相对湿度条件下吸湿性行为对室内表面沉积、颗粒物停留时间和浓度的影响，旨在为呼吸道疾病的预防和室内健康风险评估提供科学依据。
