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扫描电镜图解帮您理性选择口罩

提供来源:上海百贺 日期:2020年02月02日
 

哪种口罩能防病毒?

 

现在市面上能买到的口罩有:

 

  • 医用 N95 级口罩(医用防护口罩)

  • 常规 N95 级口罩(国标 KN95 口罩)

  • 医用外科口罩

  • KN90 级口罩

  • 医用口罩或医用护理口罩

  • 一次性口罩

  • 活性炭口罩

  • 明星防狗仔口罩

  • 纯棉布或纱布口罩

 

在这些口罩里,专家建议:尽量选择医用外科口罩N95 级口罩(等同国标 KN95,常规,医用均可),可以起到良好的防病毒的作用。而我们在测试过程中发现,某些 KN90 级口罩也具有有效的核心过滤层,应当也可以起到类似医用外科口罩的过滤效果。

* N95是美国国家职业安全与健康研究所(NIOSH)最早提出的标准,“N”是指“不适合油性颗粒物”,“95”是指在 NIOSH 标准规定的检测条件下,对 0.3 微米颗粒的阻隔率须达到 95% 以上。因此,N95 不是特定的产品名称,而是一种标准,只要通过 NIOSH 审查并达到这个标准的口罩都可以称为“N95”,与 N95 口罩等效的国内标准口罩为 KN95。

请注意:医用外科口罩不同于一般的医用口罩,在名称中,有“外科”两个字。两者从外表看,没有太大区别,但是,防护标准并不相同。医用外科口罩执行是 YY 0469-2011 《医用外科口罩技术要求》,比普通医用口罩的防护效果会更好一些。

 

为什么医用外科口罩和 N95 级口罩可以防病毒?借助扫描电镜放大千倍一探究竟

 

医用外科口罩,一般分成三层:(内层)吸湿层、(中层)核心过滤层、和(外层)阻水层。

 

N95 级别口罩,结构上做了优化:(中层)核心过滤过滤层层数更多了,厚度更厚了;更有厂商(3M,霍尼韦尔等)会通过静电处理增强纤维过滤能力,防护性能要更好一些。

医用外科口罩结构示意图

 

N95 级别口罩结构示意图

 

为什么这两种口罩可以有效防病毒?关键在于他们中层核心过滤层均由一种特殊的材料构成,这层材料称为熔喷无纺布,或简称为熔喷布。熔喷布是一种以聚丙烯为材料,由许多纵横交错的纤维以随机方向层叠而成的膜,纤维直径范围 0。5~10 微米。

 

下图为扫描电镜拍摄的熔喷布结构照片。

 

也许您看到图片会担忧了,熔喷布空隙这么大,是怎么过滤环境中的病毒的呢?虽然新型冠状病毒尺寸很小,在 100 纳米(0。1 微米)左右,但是病毒无法独立存在,其传播途径主要有分泌物和打喷嚏时的飞沫,飞沫的大小在 5 微米左右,这是其一,第二,熔喷布本质上是一种纤维过滤器,通过多种过滤机制实现对飞沫等颗粒的过滤,我们看到纤维空隙可以起到'筛( Sieving )'的作用,但'筛'只是最基本的相互作用之一。根据飞沫颗粒的大小和气流速度,纤维通过多种机制捕捉含病毒飞沫:

 

  • 惯性碰撞  ( Inertial Impaction )–发生在大颗粒身上,存在较大的惯性的颗粒遇到过滤纤维时。

    示意图所示:大颗粒由于其惯性而无法改变流向,因此会撞击纤维并附着在纤维上。

     

  • 拦截 ( Interception ) -发生在当颗粒沿着气流运动,碰巧与纤维表面接触时。

    示意图所示:容易跟随气流的移动的中等尺寸颗粒与过滤纤维接触,被纤维拦截。

     

  • 扩散 ( Diffusion ) -发生在当粒子尺度极小时,不按照气体方向流动,而是受随机粒子运动(小粒子的布朗运动)控制时

    示意图所示:小颗粒(例如气溶胶)做布朗运动,运动方向脱离气流方向,随机运动,碰到纤维时被吸附。

     

  • 静电吸引 (Electrostatic Attraction ) –发生在纤维上存在静电荷时。

    示意图所示:纤维上的静电荷对颗粒会产生静电粘附。

 

而要发生这些相互作用,要求纤维的直径要尽量细,而熔喷布纤维直径在 0.5-10 微米之间,比表面积大,排列致密高,过滤性能好。在医用外科口罩与 N95 口罩中均使用了熔喷布作为核心过滤层,所以对含病毒的飞沫或气凝胶均具有良好的过滤效果。

纤维过滤机理示意图

 

 

为什么倡议大家不要过度追求 N95?

 

国家卫健委高级别专家组组长钟南山院士在接受央视《新闻1+1》采访时提醒大家,实际上普通人日常生活中的防护,不一定非要戴 N95 口罩,一般的医用型防护口罩,是能阻挡大部分带有病毒的飞沫进入呼吸道的,在公共场合也就够用了。N95 口罩是在近距离面对患者时所使用的,比如医护人员每天在为患者诊断治疗,得戴着这个,几个小时换一下。所以大家不必因为恐慌心理而囤积 N95 口罩。毕竟当前是困难时期。

 

而过度消耗 N95 口罩会过快消耗熔喷布资源,引起更严重的外科口罩紧缺。援引科技日报的报道,专家介绍,医用外科口罩熔喷布一般选用 20 克重,而 N95 口罩往往会用到 40 克重,甚至更高。

 

我们通过扫描电镜,对比了 N95 口罩和医用外科口罩的截面图,扫描电镜图片可以清晰看出,外科口罩的熔喷布厚度为 156 微米,而 N95 级口罩的熔喷布层厚度为 521 微米,是外科口罩的 3 倍 。

医用外科口罩截面图

 

N95 口罩截面图

 

在物资充足的情况下,选用 N95 口罩自然没有问题,但 1 个 N95 口罩会消耗 3-4 个外科口罩的原料,在当前春节刚刚复工,原材料紧缺的背景下,我们呼吁读者遵守钟南山院士的倡议,减少 N95 口罩的消耗,把 N95 口罩留给真正需要的医护人员和疫区的同胞们,把生产资源留给外科口罩。


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