美国先进研究计划局健康（ARPA-H）近日宣布启动名为“BREATHE”的专项计划，投入1.5亿美元用于研发被称为“建筑免疫系统”的空气监测与净化技术。该计划旨在解决学校、医院及托儿所等人员密集场所的室内空气安全问题，通过部署高灵敏度传感器和自动化响应机制，实时识别并清除空气中的病毒、细菌及过敏原，从而显著降低呼吸道疾病的传播风险。
这一倡议由ARPA-H微生物空气传播专家杰西卡·格林（Jessica Green）主导。她指出，高端住宅已广泛采用空气净化技术，但由于成本高昂且缺乏智能化联动，此类解决方案尚未在公共建筑中普及。BREATHE计划的核心目标是将建筑对空气威胁的响应速度提升至类似火灾报警系统的水平：一旦检测到病原体浓度超标，系统无需人工干预即可自动启动通风、过滤或消毒程序。
目前，ARPA-H已授予四支工程团队合同，各团队采取了不同的技术路径。其中，总部位于加州的SafeTraces公司正在开发一种基于分子捕获技术的空气采样装置。该设备内部装有特制化学 cartridge（ cartridges），能够分解细胞并提取病毒或细菌的DNA/RNA序列。当空气中的病原体被“分子钩”捕获时，传感器会发出光信号。该系统预计可识别多达100种病原体，并结合软件算法评估感染风险。一旦检测到高风险信号，系统可自动激活医院通风系统中的紫外线（UV-C）消毒模块，并向医护人员发送警报。
佛罗里达州的Poppy公司则专注于学校场景，其设计的系统在检测到教室空气污染物超标时，会自动延长空气净化器或HVAC（暖通空调）系统的运行时间，直至空气质量恢复安全标准。而由环境工程师林赛·马尔（Lindsey Marr）领导的小组则聚焦于托儿中心，致力于开发能够模拟房间气流动力学并预测感染风险的软件模型。该系统可根据实时监测数据，动态调整新风引入量和空气净化强度，以最小化病毒在室内的扩散。
技术实现的难点在于极高的灵敏度要求。格林表示，为了检测出具有传染性的微量病原体，传感器必须处理相当于游泳池体积的空气量，并将其浓缩至仅有一汤匙大小的样本中进行分析。例如，马尔团队的原型设备曾成功检测到每立方米空气中843皮克克的Der f 1（尘螨过敏原蛋白），这一浓度远低于人类嗅觉或普通仪器的感知阈值，但足以引发哮喘发作。
这些系统计划在2028年前于真实环境中进行试点测试。SafeTraces拟在美国沃尔特·里德国家军事医疗中心进行测试，而马尔团队则将在加利福尼亚、密歇根和北卡罗来纳州的托儿所部署其原型机。ARPA-H设定的关键绩效指标包括：将目标环境中的呼吸道感染率降低至少25%，并确保系统的投资回报率（ROI）达到10%以上，这意味着设备采购与运维成本必须控制在合理范围内。
对于中国暖通空调及环境监测行业而言，这一动向具有明确的参考价值。随着后疫情时代对室内空气质量（IAQ）要求的提升，传统的被动式过滤已难以满足精准防控需求。具备实时病原体监测、数据建模及自动化联动控制能力的智能HVAC系统将成为高端医疗、教育及公共建筑的新标配。中国企业在传感器微型化、低成本生物检测芯片以及楼宇自控算法方面拥有供应链优势，可重点关注此类集成化解决方案的市场机会。