研究人员第一次直观地看到了说话是如何产生唾液滴并向空气中喷射的。最小的飞沫也能被他人吸入，是COVID-19等呼吸道感染在人与人之间传播的主要途径。
研究人员用激光片照射唾液滴。从左边发出的激光被扩展成一个从左到右的“薄片”，大约有一米高。研究对象(通常是CNRS的Manouk Abkarian)会站在床单前面或旁边，这取决于实验。他们说话或呼吸中的水滴穿过床单会产生他们拍摄和计数的闪光。一些实验增加了一个万圣节雾机来观察被试的呼吸或说话的雾滴如何与周围雾滴的运动相互作用。
研究人员利用高速成像技术表明，当我们张开嘴发出说话声音时，一层润滑的唾液薄膜最初会在嘴唇上传播。当嘴唇分开时，液体膜就会分裂成细丝。肺部向外的气流会拉伸并稀释这些细丝，直到它们最终破裂并分散到空气中成为极小的水滴——这一切都发生在不到一秒的时间内。
这种产生水滴的机制尤其适用于所谓的停发辅音或“ploer”，比如“p”和“b”，这些辅音需要嘴唇紧紧地压在一起才能发出发音。其他被称为牙槽音的音，比如“t”和“d”，舌头接触上牙和牙齿后面的下颌脊，也会以比形成元音更大的速度产生液滴。
对这一微滴的形成和传播过程有更深层次的了解，应有助于制定新的和更好的缓解战略，有助于减缓当前的冠状病毒大流行以及未来的疫情爆发。
霍华德的石头
“我们首次直观地展示了日常讲话时口腔内产生液滴的机制，”霍华德·斯通、69年唐纳德·r·迪克森和伊丽莎白·w·迪克森机械与航空航天工程教授说。“我们的研究提供了人们说话时飞沫的来源，这有助于遏制COVID-19等疾病的传播。”
这项研究发表在10月2日的《流体物理评论》杂志上。Stone和法国蒙彼利埃生物结构中心的法国国家科学研究中心(CNRS)的研究主任Manouk Abkarian共同撰写了这项研究。阿布卡里安是在2020年3月初按计划来到普林斯顿的一个短期休假期间，恰巧就在普林斯顿大学(以及世界其他大部分地区)陷入大规模封锁之前。
在COVID-19感染率飙升的最初几周，来自各行各业的研究人员开始关注病毒是如何传播的。同样，Stone和Abkarian也想利用他们在流体力学方面的专业知识来解决这个问题。研究人员将注意力集中在无症状传播上;也就是说，那些不咳嗽、不打喷嚏、不释放带有爆炸性病原体的空气微粒的人。
研究人员使用高速摄像机分析语音是如何产生小水滴的。
斯通说:“我们在4月份写了一份拨款提案，调查通过言语角色参与无症状传播的流体力学，当人们没有明显生病只是正常的交流和交谈时。”
为了进行这项研究，Stone和Abkarian得到了包括机构审查委员会在内的大学的许可，可以进入他的校园实验室进行这项紧急的工作，同时遵守严格的社交距离协议。在那里，阿布卡里安在自己身上进行了大部分实验，还添加了一些斯通说话的影像。在实验中，Abkarian坐在一张椅子上，房间里充满了雾机产生的雾气。他对着一张激光板说话时发出各种不同的语音，那是一张由激光组成的又平又薄的平面。激光薄片显示了任何颗粒离开阿布卡里安的嘴，这是由于它们在穿过薄片时产生的光散射效应。高速摄像机捕捉到了这种散射，使得研究人员能够测量每一个语音产生的液滴的水平。
为了可视化演讲过程中水滴的形成，同一台摄像机将镜头放大到演讲者的嘴部。这架照相机记录得非常详细——在强光照下每秒能拍到5000帧。毫秒级的逐帧透视显示，当嘴唇在发出一个轰动性的辅音前压在一起时，嘴唇上沉积了一层微观的、润滑的唾液层。当嘴唇分开时，液体层被拉成一层垂直的薄膜。薄膜在一毫秒内就会变得不稳定，因为它会扩展到一毫米的宽度。薄膜分裂成许多细丝，这些细丝很薄，很快就延伸到几厘米长，最后变成水滴，被空气吹出演讲者的嘴巴。
Manouk Abkarian
这一捕捉到的证据与之前关于雾滴形成的假设形成了鲜明的对比。据推测，液滴的形成有两种方式:一种是在肺深处的薄膜破裂，另一种是气流将液滴从上气道(包括咽喉和口腔)的唾液涂层表面剪切下来。除了Stone和Abkarian所记录的机制外，其他那些被提议的机制是否还发挥着作用，目前还没有定论。
阿布卡里安说:“之前还没有人能够对肺部或上呼吸道内的液滴形成进行直接测量或可视化。”“现在通过我们的研究，有令人信服的证据表明，说话时唾液丝的拉伸和破裂是气溶胶形成的原因。”
研究人员指出，戴口罩应该有效地含有相当一部分被排出的气溶胶，这是公共卫生专家近乎普遍建议的，也是许多司法管辖区强制要求的。Stone和Abkarian进一步建议，使用唇膏的简单干预应该减少说话时的水滴形成。
当大流行条件允许时，Stone和Abkarian希望将成像技术扩展到更多的参与者，以证实他们记录的液滴产生机制是人类语言的一个普遍特征。
研究人员还对语言之间的差异感兴趣，因为它们的发音所引起的声音的多样性和频率。例如，说某些语言有很多硬辅音的人，可能会比说那些更多使用软元音的语言的人产生更多的音滴。然而，那些说话时会产生更多唾沫的人——被称为“超级发射器”——不一定是COVID-19或其他唾液传播疾病的超级传播者。这是因为，任何特定的飞沫的传染性都可能取决于它所含病毒的数量，而一个恰好产生大量飞沫的COVID-19感染者，其唾液或呼吸道中的病毒载量可能也不高。
“关于COVID-19是如何传播的，我们仍在了解大量信息，”Stone说。“我们希望这项研究将有助于全面抗击这种毁灭性的流行病。”
由M. Abkarian和H. A. Stone撰写的《演讲过程中唾液丝的拉伸和分解:病原体气溶胶化的途径及其潜在缓解》发表在10月2日的《物理评论流体》上(DOI: 10.1103/ physrevfluids.com .5.102301)。这项工作得到了美国国家科学基金会(NSF)和法国国家科学研究中心(CNRS)的旅行资助。
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