View ORCID ProfileValentyn Stadnytskyi, View ORCID ProfileChristina E. Bax, View ORCID ProfileAdriaan Bax, and Philip Anfinrud
PNAS first published May 13, 2020 https://doi.org/10.1073/pnas.2006874117
Edited by Axel T. Brunger, Stanford University, Stanford, CA, and approved May 4, 2020 (received for review April 10, 2020)
Resumo
Gotas de fala geradas por portadores assintomáticos do coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2) são cada vez mais consideradas um provável modo de transmissão da doença.
Observações de espalhamento de luz a laser, altamente sensíveis, revelaram que a fala alta pode emitir milhares de gotículas de fluido oral por segundo.
Em um ambiente aéreo fechado e estagnado, eles desaparecem da janela de visão com constantes de tempo no intervalo de 8 a 14 min, o que corresponde aos núcleos de gotículas de 4 μm de diâmetro ou gotas de 12 a 21 μm antes da desidratação.
Essas observações confirmam que há uma probabilidade substancial de que a fala normal cause transmissão de vírus no ar em ambientes confinados.
Há muito que se reconhece que os vírus respiratórios podem ser transmitidos por gotículas geradas pela tosse ou espirro. É menos conhecido que a fala normal também produz milhares de gotículas de fluido oral com uma ampla distribuição de tamanho (cerca de 1 μm a 500 μm) (1, 2).
As gotas podem abrigar uma variedade de patógenos respiratórios, incluindo sarampo (3) e vírus da influenza (4), bem como Mycobacterium tuberculosis (5).
Cargas virais altas de coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2), foram detectadas em fluidos orais da doença de coronavírus 2019 (COVID-19) – pacientes positivos (6), incluindo os assintomáticos (7). No entanto, o possível papel dos núcleos de pequenas gotículas de fala com diâmetros inferiores a 30 μm, que potencialmente poderiam permanecer no ar por longos períodos de tempo (1, 2, 8, 9), não foi amplamente apreciado.
Em um relatório recente (10), usamos uma intensa folha de luz laser para visualizar rajadas de gotículas de fala produzidas durante frases repetidas. Este método revelou taxas médias de emissão de gotículas de 1.000 s-1 com taxas de emissão de pico tão altas quanto 10.000 s-1, com um volume total integrado muito maior do que em relatórios anteriores (1, 2, 8, 9).
A alta sensibilidade do método de espalhamento de luz na observação de gotículas de tamanho médio (10 μm a 100 μm), uma fração das quais permanece no ar por pelo menos 30 s, provavelmente explica o grande aumento no número de gotículas observadas.
Aqui, derivamos estimativas quantitativas para o número e tamanho das gotículas que permanecem no ar. Gotas maiores, que também são abundantes, mas associadas à transferência direta de vírus ou à transmissão direta de fomento (11), ou que podem ser ressuspensas no ar em um momento posterior (12), não são consideradas aqui.
De acordo com a lei de Stokes, a velocidade terminal de uma gota caindo é escalada como o quadrado do seu diâmetro. Uma vez no ar, as gotas geradas pela fala desidratam rapidamente devido à evaporação, diminuindo assim o tamanho (13) e retardando sua queda. A probabilidade de uma gota conter um ou mais virions é escalonada com seu volume hidratado inicial, ou seja, como o cubo de seu diâmetro, d. Portanto, a probabilidade de gotículas de fala transmitirem uma infecção quando emitida por um portador de vírus deve levar em consideração por quanto tempo os núcleos das gotículas permanecem no ar (proporcional a d-2) e a probabilidade de que as gotículas encapsulem pelo menos um virion (proporcional a d3), cujo produto é proporcional a d.
A quantidade pela qual uma gota diminui com a desidratação depende da fração de matéria não volátil no fluido oral, que inclui eletrólitos, açúcares, enzimas, DNA e restos de glóbulos brancos e epiteliais desidratados. Enquanto a saliva pura contém 99,5% de água ao sair das glândulas salivares, a fração em peso de matéria não volátil no fluido oral cai na faixa de 1 a 5%. Presumivelmente, essa ampla faixa resulta de graus diferenciais de desidratação da cavidade oral durante a respiração e a fala normais e da diminuição da atividade da glândula salivar com a idade. Dada uma fração de peso não volátil na faixa de 1 a 5% e uma densidade assumida de 1,3 g⋅mL -1 para essa fração, a desidratação faz com que o diâmetro de uma gota emitida encolha para cerca de 20 a 34% do seu tamanho original, diminuindo a velocidade diminua a velocidade na qual ele cai (1, 13). Por exemplo, se uma gota com um diâmetro inicial de 50 μm encolher para 10 μm, a velocidade na qual ela cai diminui de 6,8 cm⋅s-1 para cerca de 0,35 cm⋅s-1. A distância pela qual as gotículas viajam lateralmente da boca do falante durante sua trajetória descendente é dominada pelo volume total e velocidade de fluxo do ar expirado (8). A velocidade do fluxo varia com a fonação (14), enquanto o volume total e a contagem de gotículas aumentam com o volume (9). Portanto, em um ambiente de ar estagnado, os núcleos de gotículas gerados pela fala persistirão como uma nuvem descendente lenta que emana da boca do falante, com a taxa de descida determinada pelo diâmetro dos núcleos das gotículas de fala desidratadas.
A hipótese de ação independente (IAH) afirma que cada virion tem uma probabilidade igual a zero de causar uma infecção. A validade da IAH foi demonstrada para a infecção de larvas de insetos por baculovírus (15) e de plantas por variantes do vírus Tobacco etch que carregavam marcadores de proteína verde fluorescente (16). O IAH se aplica a sistemas em que o hospedeiro é altamente suscetível, mas a extensão em que o IAH é válido para humanos e o SARS-CoV-2 ainda não foi firmemente estabelecido. Para COVID-19, com uma carga média de RNA de vírus em fluido oral de 7 × 106 cópias por mililitro (máximo de 2,35 × 109 cópias por mililitro) (7), a probabilidade de uma gota de 50 μm de diâmetro, antes da desidratação, conter pelo menos um virião é ~ 37%. Para uma gota de 10 μm, essa probabilidade cai para 0,37%, e a probabilidade de conter mais de um virião, se gerada a partir de uma distribuição homogênea de fluido oral, é desprezível. Portanto, gotículas transportadas pelo ar representam um risco significativo apenas se a IAH se aplicar à transmissão de vírus humano. Considerando que a transmissão frequente de pessoa para pessoa foi relatada em ambientes comunitários e de saúde, parece provável que a IAH se aplique ao COVID-19 e outras doenças respiratórias aéreas altamente contagiosas, como influenza e sarampo.
Resultados e discussão

A saída de um laser verde Verdi coerente (532 nm) operando com potência óptica de 4 W foi transformada com óptica esférica e cilíndrica em uma folha de luz com ± 1 mm de espessura e 150 mm de altura. Essa folha de luz passava por fendas centralizadas em lados opostos de um gabinete cúbico de 226-L. Quando ativada, uma ventoinha de muffin de 40 mm e 12 V dentro do gabinete homogeneíza espacialmente a distribuição de partículas no gabinete. Um filme mostrando o arranjo está disponível (17). Os clipes de filme dos núcleos das gotículas de fala foram gravados a uma taxa de quadros de 24 Hz com resolução de alta definição (1.920 × 1.080 pixels). A lente da câmera forneceu um campo de visão horizontal de ± 20 cm. Portanto, o volume interceptado pela folha de luz e visualizado pela câmera é de ~ 30 cm3. O número total de partículas no gabinete pode ser aproximado multiplicando o número médio de partículas detectadas em um único quadro de filme pela proporção do volume do gabinete em relação à folha visualizada, que é de 7.300. Correntes lentas de convecção, a velocidades de alguns centímetros por segundo, permaneceram durante a gravação. Essas correntes de convecção são atribuídas a um gradiente de temperatura de 0,5 ° C no gabinete (de baixo para cima), que provavelmente se deve ao calor dissipado pela câmera do iPhone11, que foi conectada à parte frontal do gabinete. Como o fluxo líquido de ar através de qualquer plano horizontal do compartimento é zero, essa convecção não afeta a taxa média na qual os núcleos das gotículas caem no fundo do compartimento.
Com o ventilador de circulação interna ligado, o gabinete foi purgado com ar filtrado por HEPA por vários minutos. Em seguida, o obturador de purga foi fechado, o clipe de filme foi iniciado, a porta do alto-falante foi aberta e o gabinete foi “preenchido” com gotículas de fala por alguém repetindo a frase “mantenha-se saudável” por 25 s. Essa frase foi escolhida porque a fonação “th” na palavra “saudável” foi considerada um gerador eficiente de gotículas de fala no fluido oral. O ventilador interno foi desligado 10 s após o término da fala e a câmera continuou gravando por 80 min. O clipe de filme foi analisado quadro a quadro para determinar o número de pontos / faixas cuja intensidade máxima de um pixel excedeu um valor limite de 30. A Fig. 1 ilustra a diminuição dependente do tempo no número de partículas dispersas detectadas. Ainda não somos capazes de vincular quantitativamente a intensidade da luz dispersa observada ao tamanho da partícula de dispersão, porque a intensidade da luz varia através da folha. No entanto, os 25% mais brilhantes decaíram mais rapidamente que a fração mais fraca, com as duas curvas razoavelmente bem descritas por tempos de decaimento exponencial de 8 e 14 min, respectivamente (Fig. 1A). Esses ajustes indicam que, no tempo 0, havia, em média, aproximadamente nove núcleos de gotículas na janela de observação de 30 cm3, com os núcleos maiores e mais brilhantes (em média) caindo no fundo do recinto em velocidades mais rápidas do que os menores e mais escuros.

Supondo que o conteúdo da caixa seja homogeneizado pelo ventilador no tempo 0, o número médio de gotículas encontradas em um único quadro próximo ao tempo 0 corresponde a 66.000 pequenas gotículas emitidas no gabinete de 226-L, ou 2.600 núcleos de gotículas pequenas por segundo de fala. Se a distribuição de tamanho de partícula fosse uma função delta e as partículas fossem distribuídas uniformemente no gabinete, a contagem de partículas deverá permanecer constante até que as partículas do topo do gabinete desçam para o topo da folha de luz, após o que a contagem de partículas decairia linearmente ao nível do fundo. A observação de que os perfis de decaimento são aproximadamente exponenciais aponta para uma heterogeneidade substancial no tamanho das partículas, mesmo depois de agrupá-los em dois grupos separados.
A taxa de decaimento média ponderada (0,085 min-1) das frações claras e escuras das partículas (Fig. 1A) se traduz em meia-vida no compartimento de 8 min. Supondo que essa meia-vida corresponda ao tempo necessário para uma partícula cair 30 cm (metade da altura da caixa), sua velocidade terminal é de apenas 0,06 cm⋅s-1, o que corresponde a um diâmetro do núcleo de gotícula de ∼4 μm. Com a umidade relativa (27%) e a temperatura (23 ° C) de nosso experimento, esperamos que as gotículas desidratem em alguns segundos. Uma partícula desidratada de 4 μm corresponde a uma gota hidratada de 12 a 21 μm de diâmetro, ou um volume hidratado total de ∼60 nL a 320 nL por 25 s de voz alta. Com uma carga viral média de 7 × 106 por mililitro (7), estimamos que 1 minuto de fala alta gera pelo menos 1.000 núcleos de gotículas contendo virion que permanecem no ar por mais de 8 min., portanto, eles podem ser inalados por outros e, de acordo com a IAH, desencadear uma nova infecção por SARS-CoV-2.
A constante de decaimento mais longa observada por nós corresponde a gotículas com um diâmetro hidratado de ≥12 μm ao sair da boca. A existência de gotículas ainda menores foi estabelecida por medições aerodinâmicas de dimensionador de partículas (APS) (2). O APS é amplamente usado para detectar partículas de aerossol e é mais adequado para partículas na faixa de 0,5 a 5 μm. Morawska et al. (2) detectou até 330 partículas por segundo na faixa de 0,8 a 5,5 μm após sustentação da vocalização “aah”. Considerando o curto tempo de viagem (0,7 s) entre a saída da boca e o detector de APS e a alta umidade relativa (59%) usada nesse estudo, a desidratação de gotículas pode ter sido incompleta. Se estivesse 75% desidratado no detector, uma partícula de 5,5 μm observada teria começado como uma gota de 8,7 μm ao sair da boca, bem fora da faixa de 12 a 21 μm observada acima pela dispersão da luz. Esse resultado sugere que as medições de APS e de dispersão de luz formam um complemento perfeito. No entanto, também observamos que, mesmo que os núcleos menores de gotículas permaneçam efetivamente no ar indefinidamente e tenham meias-vidas dominadas pela taxa de ventilação, a uma carga viral de saliva de 7 × 106 cópias por mililitro, a probabilidade de que 1 μm O núcleo da gota (redimensionado para o tamanho de 3 μm originalmente hidratado) contém um virião de apenas 0,01%.
Nossa configuração atual não detecta todas as partículas pequenas em cada quadro do filme e, portanto, nossos valores relatados são estimativas conservadoras de limites inferiores. Também observamos que a carga viral da saliva mostra grande variação de paciente para paciente. Alguns pacientes têm títulos virais que excedem o título médio de Wölfel et al em mais de duas ordens de magnitude (7, 18), aumentando assim o número de virions nas gotículas emitidas para mais de 100.000 por minuto de fala. Os núcleos de gotículas observados em nosso estudo e anteriormente pela APS (2, 9) são suficientemente pequenos para atingir o trato respiratório inferior, o que está associado a um aumento no resultado adverso da doença (19, 20).
Nosso método de espalhamento de luz a laser não apenas fornece evidências visuais em tempo real para a emissão de gotículas de fala, mas também avalia sua vida útil no ar. Essa visualização direta demonstra como a fala normal gera gotículas no ar que podem permanecer suspensas por dezenas de minutos ou mais e são eminentemente capazes de transmitir doenças em espaços confinados.
Declaração de disponibilidade de dados.
Todos os dados brutos usados para análise estão disponíveis na ref. 17
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The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission

Valentyn Stadnytskyi, Christina E. Bax, Adriaan Bax, and Philip Anfinrud
  1. Edited by Axel T. Brunger, Stanford University, Stanford, CA, and approved May 4, 2020 (received for review April 10, 2020)

Abstract

Speech droplets generated by asymptomatic carriers of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) are increasingly considered to be a likely mode of disease transmission. Highly sensitive laser light scattering observations have revealed that loud speech can emit thousands of oral fluid droplets per second. In a closed, stagnant air environment, they disappear from the window of view with time constants in the range of 8 to 14 min, which corresponds to droplet nuclei of ca. 4 μm diameter, or 12- to 21-μm droplets prior to dehydration. These observations confirm that there is a substantial probability that normal speaking causes airborne virus transmission in confined environments

It has long been recognized that respiratory viruses can be transmitted via droplets that are generated by coughing or sneezing. It is less widely known that normal speaking also produces thousands of oral fluid droplets with a broad size distribution (ca. 1 μm to 500 μm) (1, 2). Droplets can harbor a variety of respiratory pathogens, including measles (3) and influenza virus (4) as well as Mycobacterium tuberculosis (5). High viral loads of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) have been detected in oral fluids of coronavirus disease 2019 (COVID-19)−positive patients (6), including asymptomatic ones (7). However, the possible role of small speech droplet nuclei with diameters of less than 30 μm, which potentially could remain airborne for extended periods of time (1, 2, 8, 9), has not been widely appreciated.

In a recent report (10), we used an intense sheet of laser light to visualize bursts of speech droplets produced during repeated spoken phrases. This method revealed average droplet emission rates of ca. 1,000 s−1 with peak emission rates as high as 10,000 s−1, with a total integrated volume far higher than in previous reports (1, 2, 8, 9). The high sensitivity of the light scattering method in observing medium-sized (10 μm to 100 μm) droplets, a fraction of which remain airborne for at least 30 s, likely accounts for the large increase in the number of observed droplets. Here, we derive quantitative estimates for both the number and size of the droplets that remain airborne. Larger droplets, which are also abundant but associated with close-proximity direct virus transfer or fomite transmission (11), or which can become resuspended in air at a later point in time (12), are not considered here.

According to Stokes’ law, the terminal velocity of a falling droplet scales as the square of its diameter. Once airborne, speech-generated droplets rapidly dehydrate due to evaporation, thereby decreasing in size (13) and slowing their fall. The probability that a droplet contains one or more virions scales with its initial hydrated volume, that is, as the cube of its diameter, d. Therefore, the probability that speech droplets pass on an infection when emitted by a virus carrier must take into account how long droplet nuclei remain airborne (proportional to d−2) and the probability that droplets encapsulate at least one virion (proportional to d3), the product of which is proportional to d.

The amount by which a droplet shrinks upon dehydration depends on the fraction of nonvolatile matter in the oral fluid, which includes electrolytes, sugars, enzymes, DNA, and remnants of dehydrated epithelial and white blood cells. Whereas pure saliva contains 99.5% water when exiting the salivary glands, the weight fraction of nonvolatile matter in oral fluid falls in the 1 to 5% range. Presumably, this wide range results from differential degrees of dehydration of the oral cavity during normal breathing and speaking and from decreased salivary gland activity with age. Given a nonvolatile weight fraction in the 1 to 5% range and an assumed density of 1.3 g⋅mL−1 for that fraction, dehydration causes the diameter of an emitted droplet to shrink to about 20 to 34% of its original size, thereby slowing down the speed at which it falls (1, 13). For example, if a droplet with an initial diameter of 50 μm shrinks to 10 μm, the speed at which it falls decreases from 6.8 cm⋅s−1 to about 0.35 cm⋅s−1. The distance over which droplets travel laterally from the speaker’s mouth during their downward trajectory is dominated by the total volume and flow velocity of exhaled air (8). The flow velocity varies with phonation (14), while the total volume and droplet count increase with loudness (9). Therefore, in an environment of stagnant air, droplet nuclei generated by speaking will persist as a slowly descending cloud emanating from the speaker’s mouth, with the rate of descent determined by the diameter of the dehydrated speech droplet nuclei.

The independent action hypothesis (IAH) states that each virion has an equal, nonzero probability of causing an infection. Validity of IAH was demonstrated for infection of insect larvae by baculovirus (15), and of plants by Tobacco etch virus variants that carried green fluorescent protein markers (16). IAH applies to systems where the host is highly susceptible, but the extent to which IAH is valid for humans and SARS-CoV-2 has not yet been firmly established. For COVID-19, with an oral fluid average virus RNA load of 7 × 106 copies per milliliter (maximum of 2.35 × 109 copies per milliliter) (7), the probability that a 50-μm-diameter droplet, prior to dehydration, contains at least one virion is ∼37%. For a 10-μm droplet, this probability drops to 0.37%, and the probability that it contains more than one virion, if generated from a homogeneous distribution of oral fluid, is negligible. Therefore, airborne droplets pose a significant risk only if IAH applies to human virus transmission. Considering that frequent person-to-person transmission has been reported in community and health care settings, it appears likely that IAH applies to COVID-19 and other highly contagious airborne respiratory diseases, such as influenza and measles.

Results and Discussion

The output from a green (532 nm) Coherent Verdi laser operating at 4-W optical power was transformed with spherical and cylindrical optics into a light sheet that is ∼1 mm thick and 150 mm tall. This light sheet passed through slits centered on opposite sides of a cubic 226-L enclosure. When activated, a 40-mm, 12-V muffin fan inside the enclosure spatially homogenizes the distribution of particles in the enclosure. A movie showing the arrangement is available (17). Movie clips of speech droplet nuclei were recorded at a frame rate of 24 Hz with high-definition resolution (1,920 × 1,080 pixels). The camera lens provided a horizontal field of view of ∼20 cm. Therefore, the volume intercepted by the light sheet and viewed by the camera is ∼30 cm3. The total number of particles in the enclosure can be approximated by multiplying the average number of particles detected in a single movie frame by the volume ratio of the enclosure to the visualized sheet, which is ∼7,300. Slow convection currents, at speeds of a few centimeters per second, remained for the duration of the recording. These convection currents are attributed to a 0.5 °C temperature gradient in the enclosure (bottom to top) that presumably is due to heat dissipated by the iPhone11 camera, which was attached to the front side of the enclosure. Since the net air flux across any horizontal plane of the enclosure is zero, this convection does not impact the average rate at which droplet nuclei fall to the bottom of the enclosure.

With the internal circulation fan turned on, the enclosure was purged with HEPA-filtered air for several minutes. Then, the purge shutter was closed, the movie clip was started, the speaker port was opened, and the enclosure was “filled” with speech droplets by someone repeating the phrase “stay healthy” for 25 s. This phrase was chosen because the “th” phonation in the word “healthy” was found to be an efficient generator of oral fluid speech droplets. The internal fan was turned off 10 s after speech was terminated, and the camera continued recording for 80 min. The movie clip was analyzed frame by frame to determine the number of spots/streaks whose maximum single-pixel intensity exceeded a threshold value of 30. Fig. 1 charts the time-dependent decrease in the number of scattering particles detected. We are not yet able to quantitatively link the observed scattered light intensity to the size of the scattering particle because the light intensity varies across the sheet. However, the brightest 25% were found to decay more quickly than the dimmer fraction, with the two curves reasonably well described by exponential decay times of 8 and 14 min, respectively (Fig. 1A). These fits indicate that, near time 0, there were, on average, approximately nine droplet nuclei in the 30-cm3 observation window, with the larger and brighter nuclei (on average) falling to the bottom of the enclosure at faster speeds than the smaller and dimmer ones.

With the assumption that the contents of the box are homogenized by the muffin fan at time 0, the average number of droplets found in a single frame near time 0 corresponds to ca. 66,000 small droplets emitted into the 226-L enclosure, or ca. 2,600 small droplet nuclei per second of speaking. If the particle size distribution were a delta function and the particles were uniformly distributed in the enclosure, the particle count would be expected to remain constant until particles from the top of the enclosure descend to the top of the light sheet, after which the particle count would decay linearly to background level. The observation that the decay profiles are approximately exponential points to a substantial heterogeneity in particle sizes, even after binning them into two separate groups.

The weighted average decay rate (0.085 min−1) of the bright and dim fractions of particles (Fig. 1A) translates into a half-life in the enclosure of ca. 8 min. Assuming this half-life corresponds to the time required for a particle to fall 30 cm (half the height of the box), its terminal velocity is only 0.06 cm⋅s−1, which corresponds to a droplet nucleus diameter of ∼4 μm. At the relative humidity (27%) and temperature (23 °C) of our experiment, we expect the droplets to dehydrate within a few seconds. A dehydrated particle of 4 μm corresponds to a hydrated droplet of ca. 12- to 21-μm diameter, or a total hydrated volume of ∼60 nL to 320 nL for 25 s of loud speaking. At an average viral load of 7 × 106 per milliliter (7), we estimate that 1 min of loud speaking generates at least 1,000 virion-containing droplet nuclei that remain airborne for more than 8 min. These therefore could be inhaled by others and, according to IAH, trigger a new SARS-CoV-2 infection.

The longest decay constant observed by us corresponds to droplets with a hydrated diameter of ≥12 μm when exiting the mouth. The existence of even smaller droplets has been established by aerodynamic particle sizer (APS) measurements (2). APS is widely used for detecting aerosol particulates and is best suited for particles in the 0.5- to 5-μm range. Morawska et al. (2) detected as many as 330 particles per second in the 0.8- to 5.5-μm range upon sustained “aah” vocalization. Considering the short travel time (0.7 s) between exiting the mouth and the APS detector, and the high relative humidity (59%) used in that study, droplet dehydration may have been incomplete. If it were 75% dehydrated at the detector, an observed 5.5-μm particle would have started as an 8.7-μm droplet when exiting the mouth, well outside the 12- to 21-μm range observed above by light scattering. This result suggests that APS and light scattering measurements form a perfect complement. However, we also note that, even while the smallest droplet nuclei effectively remain airborne indefinitely and have half-lives that are dominated by the ventilation rate, at a saliva viral load of 7 × 106 copies per milliliter, the probability that a 1-μm droplet nucleus (scaled back to its originally hydrated 3-μm size) contains a virion is only 0.01%.

Our current setup does not detect every small particle in each frame of the movie, and our reported values are therefore conservative lower limit estimates. We also note that the saliva viral load shows large patient-to-patient variation. Some patients have viral titers that exceed the average titer of Wölfel et al by more than two orders of magnitude (7, 18), thereby increasing the number of virions in the emitted droplets to well over 100,000 per minute of speaking. The droplet nuclei observed in our present study and previously by APS (2, 9) are sufficiently small to reach the lower respiratory tract, which is associated with an increased adverse disease outcome (19, 20).

Our laser light scattering method not only provides real-time visual evidence for speech droplet emission, but also assesses their airborne lifetime. This direct visualization demonstrates how normal speech generates airborne droplets that can remain suspended for tens of minutes or longer and are eminently capable of transmitting disease in confined spaces.

Data Availability Statement.

All raw data used for analysis are available in ref. 17.

Acknowledgments

We thank Bernhard Howder for technical support, Clemens Wendtner, William A. Eaton, Roland Netz, and Steven Chu for insightful comments. This work was supported by the Intramural Research Program of the National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases.

Footnotes

  • Author contributions: C.E.B., A.B., and P.A. designed research; V.S., A.B., and P.A. performed research; V.S. analyzed data; and C.E.B., A.B., and P.A. wrote the paper.

  • The authors declare no competing interest.

  • Data deposition: Movies that show the experimental setup and the full 85-minute observation of speech droplet nuclei have been deposited at Zenodo and can be accessed at https://doi.org/10.5281/zenodo.3770559.

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