バイオエアロゾル(ウイルスやウイルスを含む飛沫)の研究機器・モニタリング
装置のご紹介202107verバイオエアロゾルとは大気中に浮遊し，生物に由来する有機物粒子の総称である。真菌および細菌，ウイルス，花粉，動植物の細胞断片などを含む。特に，真菌と細菌は，ヒト健康や生態系に影響を及ぼすだけでなく，雲形成にも関わる可能性があるため，学術的な関心が高い(エアロゾルペディアより)。
粒子

粒径

ウイルス単体０.１μm ※

真菌

５μm

細菌

1μm

PM2.5

2.5μm以下

ウイルス飛沫（咳/くしゃみ）

3～５μm ※

花粉※

対応の計測装置

30μm

P.7～P.16

エアロゾルペディア
2https://sites.google.com/site/aerosolpedia/

ウィルス性疾患の蔓延• ウイルス性疾患（インフルエンザ、エボラ、SARS、MERS、
COVID-19）は人的および経済的に莫大な費用がかかる。

（例えば、米国におけるインフルエンザの年間経済的負担は112億ドル(Putri et al. 2018)）• ウイルス感染に関する研究は公衆衛生の改善を目的としている。

3

Putri et al . 2018, “Economic burden of seasonal influenza in the United States.” Vaccine, 36:3960, doi: 10.1016/j.vaccine.2018.05.057.

ウィルスの移動• ウイルスは感染した人から排出される• ウイルスは飛沫やエアロゾルとして浮遊し広がる• 感染者に接触した人から人へと広がりやすい（例えば、医療従事者）➡このような輸送を調査する技術はあるのか？

4呼吸飛沫の計測• 人より咳、くしゃみ、話す、呼吸などの行為で飛沫が発生される。
（液滴とエアロゾルは、病気の輸送と考えられる感染の既知のメカニズムである(Tellier et al. 2019)）
飛沫計測には以下が頻繁に使用される• 咳などを吸入する
チャンバ• APS 3321
• SMPS 3938
• OPS 3330
• PIVなど

Lee et al. 2019
SMPS 3938

個数濃度計測粒径分布計測OPS 3330

肺活量計などTellier et al. 2019, “Recognition of aerosol transmission of infectious agents: a commentary.” BMC Infectious Diseases, 19:101, doi: 10.1186/s12879-019-3707-y.
Lee et al. 2019, “Quantity, Size Distribution, and Characteristics of Cough-generated Aerosol Produced by Patients with an Upper Respiratory Tract Infection.”Aerosol and Air Quality Research, 19: 840-853, doi: 10.4209/aaqr.2018.01.0031.

5呼吸飛沫の計測• 米国陸軍の研究施設では、液滴をくしゃみで発生させ、APS 3321
でその特徴を調査している（米国FOX NEWS：エボラ治療研究、新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)およびCOVID-19ワクチン研究
報道の一幕 2020年3月30日）

https://www.foxnews.com/health/army-ebola-treatment-coronavirus-vaccine-sought
6粒径分布計測
ナノサイズ～サブミクロン

サブミクロン～ミクロン

SMPS(DMA+CPC)シリーズ
Nanoscan SMPS 3910
粒径範囲10 nm~420 nm 粒径範囲 1.1 nm~1μｍ※モデルにより異なる
モビリティ径

モビリティ径7APS 3321
粒径範囲0.5~20μｍ
空気動力学径OPS 3330
粒径範囲０.3μm~10μm
光散乱径

ナノ粒子個数計測（CPC)
DMAと組み合わせることによりSMPSとして使用可能

ハンディータイプ

標準モデル

高濃度対応モデル

2.5 nm対応

CPC 3750

CPC 3752

CPC 3756

CPC 3789

粒径範囲:10 nm~１μm
対応濃度:０~10⁵個/cm3

7 nm~3 μm0~10⁵個/ cm3

4 nm~3 μm0~10⁷個/ cm3

2.5 nm~3 μm0~10⁵個/ cm32.2 or 7 nm~1 μm
0~3×10⁵個/ cm3

凝縮液:イソプロパノール

ブタノール

ブタノール

ブタノール

水

CPC 3007

8感染の可能性がある人の迅速特定
信頼性高く迅速に「スーパースプレッダ」または「スーパーエミッタ」を見つけることができる方法を検討し、製品化しました。これは、清潔で粒子のない空気を吸い込んだ後、測定装置に息を吐き出すことにより呼気中の粒子を検出する方法です。
COVID-19やインフルエンザなどのウイルスは、エアロゾルとして広がり、気道を介して他の人に感染すると考えられています。
「スーパースプレッダ」や「スーパーエミッタ」は、特に多くのエアロゾル(粒子)を吐き出します。したがって、感染拡大の影響が大きいと考えるべきであり、ウイルス量を測定課題は・・・し、追加試験を実施すべきです。
スーパースプレッダの特定
Resp-Aer-Meterは、「スーパースプレッダ」を特定し、適切な安全対策を迅速に開始するための信頼性の高い方法です※。
※１００％の確率で特定・判別できるものではありません。

9感染の可能性がある人の迅速特定:使用例

ドイツ・ハンドボール（ブンデスリーガ）のMT Melsungenのメンバーは試合前にResp-Aer-Meterを使用しています。
装置に息を吐出し、感染者がいないことを確認した上で試合に臨んでいます。
※以下は結果一例です（チーム内に感染者が出たことを示しているわけではありません。）

課題は・・・
スーパースプレッダの特定

健康な人

スーパースプレッダ
計測風景

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粒子捕集

コロラド大学ボルダー校の研究室では通常のコロナウイルスを培養し新型コロナウイルスと仮定し、どのように空気中に挙動しているか？
どのように空気中や表面のコロナウイルスを抑えることが出来るか？
を研究している。
粒子発生にはネブライザー（エアロゾル発生器）を使用。
粒子捕集もしており、ADI社のBioSpot-VIVAS™Samplerを使用している。
（CBSNデンバーのニュース

2020年5月報道）

https://aerosoldevices.com/2020/05/11/biospot-vivas-used-in-coronavirus-research/
11

粒子捕集
バイオエアロゾルサンプラー
Series 300 BioSpot-VIVAS™Sampler

・浮遊ウイルスなどの微小なバイオエアロゾル（5 nm~10μm）を最大90%捕集可能
・サンプルを液体に濃縮捕集させて生存率を維持
・ゲノム解析のためのDNA/RNAの即時保存
12PCR検査用 空気中ウイルス捕集
バイオエアロゾルサンプラー • 操作が簡単で、病院や学校など現場での使用に適しています
BioSpot-GEM™
• 浮遊ウイルスなどの微小なバイオエアロゾル••••（10 nm~10 μm）を高効率にサンプリング可能
バイオエアロゾルを無菌スワブ上に濃縮捕集
サンプルの生存能力を維持
ゲノム解析のためのDNA/RNAの即時保存“Conditioner”
Cool
Warm（約35°C）
Cool

サンプルエアロゾル
温湿度調整“Initiator”
過飽和水蒸気が粒子表面に凝縮し、水滴へと成長開始“Moderator”
凝縮成長進行
温湿度調整（～室温）

衝突捕集
スワブ（綿棒）13

粒子捕集 (粒径毎分級捕集)
アンダーセンバーブルサンプラーAV-100ウイルスを含む飛沫、バクテリア、細菌類、花粉等のサンプリングに最適培地に分級捕集して培養することが可能

••••

14

粒径分類:6段階
分級範囲 0.65μm~7.0μm
吸引流量:28.3 L/min
空気動力学的粒径としてエアロゾルの粒度分布測定が可能

エアロゾル発生器
Centered-flow Tangential
Aerosol Generator（ CENTAG）
発生粒子サイズ: 3~11μm（調整可能）• バクテリアやウイルスを生存状態で供給可能• 吸入されやすい粒子サイズを発生可能＊17ページを参照ください。

ブロースタインアトマイザー(BLAM)
発生粒子サイズ: 約0.1~８μm•バクテリアエアロゾルの生存率を向上•広範囲の粒子発生＊16ページを参照ください。
15コリゾンネブライザー• 垂直または水平方向の発生• 多様な液体の効率的なエアロゾル化• 広範囲の粒子発生• 再現可能な標準評価特性• ジェット数を可変し発生量を制御可能

ブロースタインアトマイザー BLAM
• ワンパスモードとマルチパスモードで発生が可能• シリンジポンプ等を使用して試験液体を定量的に供給可能• 垂直に発生するモデル（図①）とより大きな粒子用として水平に発生するモデル（図➁）がある16

Aero3Gマネジメントプラットフォーム••••••

アメリカ陸軍感染症医学研究所により開発されたシステム制御技術（特許技術）
感染性エアロゾル粒子の曝露粒子サイズと誘発された疾患経過との関係を調査できる
環境条件による感染性エアロゾル粒子の挙動研究にもウィルスやウィルスを含む飛沫などのエアロゾルを発生させ動物暴露実験に使用
エアロゾルの粒径分布計測にはTSIのAPS 3321やPalasのWelas Promoを使用
システム内の流量コントロール（乾燥希釈空気、加湿希釈空気、発生器流量など）
発生器:CH Technologies社
CENTAG

コントロール
BOX

動物頭部を配置

計測器:TSI社 APS3321

ソフトウエア17（←、↑）Aero3G 制御イメージ

Bohannon JK et al. (2015) Inhalation
Toxicology, 27(5):247-253

室内モニタリング装置

AeroTRAK9306-V2AQ Guard

ECOMZEN 2

New-generation Indoor Air Quality Monitor

ウェブプラットフォーム上でデータを閲覧・管理※一部表示が異なります

粒径範囲

0.3μm～25μm

流量2.83 L/min（0.1CFM)

6チャンネルまで同時計測

粒径範囲 0.175μm～20μm
粒子:PM1、PM2.5、PM10、個数濃度、粒径分布
ガス:CO2、VOC、感染リスク指数、空気質
温度、圧力、相対湿度18

最大11項目のマルチパラメータモニタリング

粒子：PM1 / 2.5 / 4 / 10（光学センサ）
ガス：NO2、O3、CO、SO2ほか（電気化学センサ）
CO2（NDIRセンサ）、VOC（PIDセンサ）
環境：温度、圧力、相対湿度、明るさ、騒音室内モニタリング：使用例 鉄板焼き屋
AQ Guard•••••19鉄板の上には大型換気設備
CO2濃度は600 ppm以下
粒子の質量濃度(PM)は肉のフランベ時など調理時に上昇
感染リスク指数は最大で0.01
persons/hourと低い
この環境下ではエアロゾル感染するリスクは極めて低いと考える細胞暴露研究
CULTEX® RFS

CULTEX® RFS Compact• 細胞暴露研究に適した装置• 細胞培養またはペトリ皿に直接エアロゾル粒子を供給する設計• 粒子の他にもガスや粒子ガス混合サンプル（タバコ煙）を使用可能
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装置紹介動画(CULTEX® RFS)

https://www.youtube.com/watch?v=BE6SbQTD-NA

0.01μm（10 nm）
1.1nm（ご参考）粒径分布計測装置の測定粒子径範囲0.1μm（100 nm）

10μm

1.0μm

SMPS Model 3938 シリーズ
Nanoscan SMPS Model 3910
APS 3321

20μm

OPS 3330
APC (モデル AeroTRAK9306-V2 Model 9303／9306)

25μm

ウイルス(約0.1μm)
ウイルス飛沫（咳/くしゃみ）
3～５μm
粒子評価径は空気力学径モビリティ径
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光散乱径

エアロゾル計測、粒子捕集、粒子発生については東京ダイレックにご相談下さい。

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