研究预测，未来多达50%的人口将受到花粉的影响。此外，全球变暖和气候变化正在改变花期，从而改变了花粉数量高的时期。“在暖冬，我们的监测显示11月底榛子花粉就已出现。通常情况下，这种花粉预计一月份出现，”Helmut Hund GmbH 产品管理仪器公司的Joerg Haus博士报告说。七月到十月开花的豚草对过敏患者尤其是个大问题。它的过敏性是青草的五倍。“即使一立方米空气中只有11粒花粉也会成为很重的负荷。”这可能会导致鼻炎、畏光、头痛、呼吸急促或严重哮喘。Haus博士解释说，进口植物也会成为意想不到的问题：“许多人喜欢在阳台或露台上种植橄榄树，这种树非常容易引起过敏，是南方国家最严重的过敏源。”
延迟评估
这让了解空气中花粉分布的时间、种类 和浓度变得更加重要。许多欧洲国家使 用的标准是所谓的Burkhard陷阱。风扇不断从当前风向吸入一定量的空气，并 引导空气通过缓慢旋转的滚筒。滚筒上 贴着一条胶带，花粉和任何其他吸入滚 筒的颗粒都会粘在胶带上。一天吸入空 气14.4 m³，相当于一个成年人在休息时 吸入的空气量。最迟七天后必须对胶带 进行更换和分析。然后，在显微镜和鉴 定参考书的帮助下，经过设置的花粉计 数器可在大约2到3天内公布结果——然 而，有时可能需要数周时间。由于花粉 的变化取决于季节和气候，在分析过程 中可能会出现错误，从而导致错误分类 率在两位数的低百分比范围内。然而， 这种方法仍然是计算花粉的黄金标准。
好的一面是，这样能得到任意一天相对 精确的花粉量和时间数据。然后，用这 个数据生成某个地区特定月份或季节内 的模型。“由于系统的工作方式，数据 在可用时已存在起码两天。这对过敏患 者没有多大用处。如果今天出太阳了，我打算去户外活动，想知道要不要带哮 喘喷雾剂，那么可能下雨那天前2天的数据就没有用了，”用最常用的方法总结这 个问题时Haus博士说道。“因此，我们开 始研究如何使过程更加智能化。”
实时花粉监测
2003年，弗莱堡大学和当地的弗朗霍夫研究院合作开发了自动化花粉分析原型。很明显，在早期该解决方案需要电力驱动， 用于诸如运输样本载体、聚焦相机或扫描。“原型的设计并不理想，无法商业化。因此，我们在Helmut Hund GmbH 与新的合作伙伴合作，决定自己将其转化为产品。”
这家公司总部位于韦茨拉尔，其新合作伙伴是位于圣奥古斯丁的弗朗霍夫应用信息技术研究所。这个解决方案，即BAA500花粉监测器，由双方共同开发。“BAA代表生物气溶胶分析仪，结合了我们在精密工程、光学和电子学方面的专业知识，”Haus博士解释说。该设备装有空调，可抵御天气影响，每天可采集4到8个样本，每次采样操作需3小时左右， 可自动工作长达6个月。“BAA500使我们能够提供近乎实时的空气花粉种类和浓度预测。”
为了进行分析， 该装置每小时吸入约60 m³的空气，并在样本载体上提取花粉。由于天气和干燥的影响，花粉看起来相当干瘪。样本载体上的一层凝胶使它们再次膨胀变圆。“仅这一步就需要很高的精度。自动分析必须能够捕捉到尺寸或内部结构的微小差异，”Haus博士指出。 推进器由 1727… C系列 FAULHABER直 流微电机驱动, 然后将样本在显微镜下的聚光器和透镜之间移动。加热筒稍微加热凝胶。然后在三个轴上扫描每个样本。“20 μm的花粉很小。它们大约相当于人类头发的四分之一。因此，光 学显微镜在每张照片上看到的面积小于0.5×0.5mm。因为我们需要高分辨率，所以景深没有那么大，”显微镜产品经理说。
智能图像识别
为了识别花粉， H u n d 使用了所谓的叠加原理，即借助软件对图像进行叠加。 业余天文学家也会使用这种技术。这种方法让你可以从图像堆栈的多个图像（每个图像的景深较浅）生成具有扩展景深的整体图像。然后，软件通过基于特征的算法识别单个花粉粒。该系统目前能够识别38种花粉和其他过敏原，如真菌孢子。“首先必须教授图像识别，而这取决于当地的差异和天气条件。因此我们在后备箱中保存了数千张图像。为了能够走出去、测量并自动识别，你需要尽可能多的示例和物种。”
分析完成后， 将样本转移到料盒中。让科学家等人士能够对结果进行后续分析和验证。理论上，这可能在几个月后进行。与其他类似系统相比，通过光学显微镜进行分析和保留样本让 BAA500与众不同。1727…C系列的另一 个 FAULHABER直流微电机在归档过程中负责必要的移动和精度。
“豚草看起来有点像一个尖尖的球， 松树看起来像米老鼠。这应该很容易区分， 但当你想清楚地区分相邻的早期开花植物品种时， 这就变得非常具有挑战性了， ” H a u s 博士解释道。另一个问题是所谓的变异体， 即仍未鉴定的花粉。将这些花粉与数据库进行比较，临时分类，然后操作员再进行检查并分配花粉。“这让我们可以添加新物种，但如果一个物种看起来不太一样，比如在今年寒冷的春天，也可以对其进行修正。”
实时监测也产生了非常有趣的结果。“ 此前， 大气生物学家认为在寒冷天气里， 空气中没有花粉。 但我们的测量结果表明，在寒冷的一月份也有花粉。”
强大的网络
巴伐利亚自由州被该系统深深吸引， 早在2 0 1 9 年就开始建立电子花粉信息网络（ e P I N ） 。选址是在慕尼黑工业大学过敏和环境研究中心 （ Z A U M ） 和H e l m h o l t z Z e n t r u m M ü n c h e n 研究中心一项研究的基础上确定的。各种气候参数和人口密度均被纳入考量， 用于对八个测 量站进行最优分配。除慕尼黑外， H u n d 的设备现在还分布在加尔米什 - 帕滕基钦、弗伊赫特、维切塔赫、 马尔泰登菲尔德、奥特廷、明德尔海姆和霍夫。“ 巴伐利亚州卫生部投 资2 0 0 万欧元建立了世界上第一个电子花粉信息网络。这是一项很好的投 资，因为巴伐利亚州200万过敏患者中有50%对花粉有过敏反应，”巴伐利亚州卫生部长Melanie Huml在2019年的发布会上说道。
“ 这些设备真正的力量在于联网，”Haus博士认为，“如果你把来自不同花粉分析站的数据和天气数据结合起来，就能做出非常精确的预测。” 除巴伐利亚州的e P I N 外， 柏林、韦茨拉尔、莱比锡和威斯巴登还有共 2 0 台设备。选择合适的位置非常重要， 柴油烟尘或轮胎磨损等都会影响结果。“ 把它放在油菜籽田中没有任何意义， 在那里你只能得到油菜籽花粉。这就是为什么我们把测量站设置在诊所或研究所大约1 2 米 高的屋顶上。”
数据可以2 4 小时在线或通过应用程序实时检索。即使是医疗机构或过敏症专家也喜欢使用这项服务更好地治疗患者。“ 在W e t z l a r 的设备是我们的测试装置，每次我们想尝试一个新功能时，都必须将其关闭。在进行这样的测试时，有很多人打电话向我们询问数据。这表明，我们的分析对许多人来说非常重要。这是我们使用FAULHABER驱动的另一个原因，它可靠、精确、耐用。”