通過(guò)掃描電鏡結(jié)果告訴我們,N95口罩與醫(yī)用外科口罩均具有核心過(guò)濾層--熔噴無(wú)紡布,均可以起到良好的防護(hù)作用。
99% 的讀者,如非武漢區(qū)域,對(duì)于日常防護(hù),醫(yī)用外科口罩*夠用,一次性醫(yī)用口罩或醫(yī)用護(hù)理口罩可作為備選。1% 來(lái)自武漢疫區(qū)或需要貼身接觸病人的讀者,建議使用 N95 級(jí)口罩。
1. 哪種口罩能防病毒?
現(xiàn)在市面上能買(mǎi)到的口罩有:
在這些口罩里,專(zhuān)家建議:盡量選擇醫(yī)用外科口罩,N95 級(jí)口罩(等同國(guó)標(biāo) KN95,常規(guī),醫(yī)用均可),可以起到良好的防病毒的作用。而我們?cè)跍y(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn),某些 KN90 級(jí)口罩也具有有效的核心過(guò)濾層,應(yīng)當(dāng)也可以起到類(lèi)似醫(yī)用外科口罩的過(guò)濾效果。
N95是美國(guó)國(guó)家職業(yè)安全與健康研究所(NIOSH)早提出的標(biāo)準(zhǔn),“N”是指“不適合油性顆粒物”,“95”是指在 NIOSH 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)條件下,對(duì) 0.3 微米顆粒的阻隔率須達(dá)到 95% 以上。因此,N95 不是特定的產(chǎn)品名稱(chēng),而是一種標(biāo)準(zhǔn),只要通過(guò) NIOSH 審查并達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的口罩都可以稱(chēng)為“N95”,與 N95 口罩等效的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)口罩為 KN95。
請(qǐng)注意:醫(yī)用外科口罩不同于一般的醫(yī)用口罩,在名稱(chēng)中,有“外科”兩個(gè)字。兩者從外表看,沒(méi)有太大區(qū)別,但是,防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)并不相同。醫(yī)用外科口罩執(zhí)行是 YY 0469-2011 《醫(yī)用外科口罩技術(shù)要求》,比普通醫(yī)用口罩的防護(hù)效果會(huì)更好一些。
2. 為什么醫(yī)用外科口罩和 N95 級(jí)口罩可以防病毒?借助掃描電鏡放大千倍一探究竟
醫(yī)用外科口罩,一般分成三層:(內(nèi)層)吸濕層、(中層)核心過(guò)濾層、和(外層)阻水層。
N95 級(jí)別口罩,結(jié)構(gòu)上做了優(yōu)化:(中層)核心過(guò)濾過(guò)濾層層數(shù)更多了,厚度更厚了;更有廠商(3M,霍尼韋爾等)會(huì)通過(guò)靜電處理增強(qiáng)纖維過(guò)濾能力,防護(hù)性能要更好一些。
醫(yī)用外科口罩結(jié)構(gòu)示意圖
(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò),如侵權(quán)請(qǐng)通知?jiǎng)h除)
N95 級(jí)別口罩結(jié)構(gòu)示意圖
(圖片來(lái)源于霍尼韋爾,如侵權(quán)請(qǐng)通知?jiǎng)h除)
為什么這兩種口罩可以有效防病毒?關(guān)鍵在于他們中層核心過(guò)濾層均由一種特殊的材料構(gòu)成,這層材料稱(chēng)為熔噴無(wú)紡布,或簡(jiǎn)稱(chēng)為熔噴布。熔噴布是一種以聚丙烯為材料,由許多縱橫交錯(cuò)的纖維以隨機(jī)方向?qū)盈B而成的膜,纖維直徑范圍 0.5~10 微米。
下圖為飛納臺(tái)式掃描電鏡拍攝的熔噴布結(jié)構(gòu)照片。
有同學(xué)看到圖片會(huì)擔(dān)憂(yōu)了,熔噴布空隙這么大,是怎么過(guò)濾環(huán)境中的病毒的呢?雖然新型冠狀病毒尺寸很小,在 100 納米(0.1 微米)左右,但是病毒無(wú)法獨(dú)立存在,其傳播途徑主要有分泌物和打噴嚏時(shí)的飛沫,飛沫的大小在 5 微米左右,這是其一,第二,熔噴布本質(zhì)上是一種纖維過(guò)濾器,通過(guò)多種過(guò)濾機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)飛沫等顆粒的過(guò)濾,我們看到纖維空隙可以起到'篩( Sieving )'的作用,但'篩'只是基本的相互作用之一。根據(jù)飛沫顆粒的大小和氣流速度,纖維通過(guò)多種機(jī)制捕捉含病毒飛沫:
1. 慣性碰撞 ( Inertial Impaction )–發(fā)生在大顆粒身上,存在較大的慣性的顆粒遇到過(guò)濾纖維時(shí)。
示意圖所示:大顆粒由于其慣性而無(wú)法改變流向,因此會(huì)撞擊纖維并附著在纖維上。
2. 攔截 ( Interception ) -發(fā)生在當(dāng)顆粒沿著氣流運(yùn)動(dòng),碰巧與纖維表面接觸時(shí)。
示意圖所示:容易跟隨氣流的移動(dòng)的中等尺寸顆粒與過(guò)濾纖維接觸,被纖維攔截。
3. 擴(kuò)散 ( Diffusion ) -發(fā)生在當(dāng)粒子尺度極小時(shí),不按照氣體方向流動(dòng),而是受隨機(jī)粒子運(yùn)動(dòng)(小粒子的布朗運(yùn)動(dòng))控制時(shí)
示意圖所示:小顆粒(例如氣溶膠)做布朗運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)方向脫離氣流方向,隨機(jī)運(yùn)動(dòng),碰到纖維時(shí)被吸附。
4. 靜電吸引 (Electrostatic Attraction ) –發(fā)生在纖維上存在靜電荷時(shí)。
示意圖所示:纖維上的靜電荷對(duì)顆粒會(huì)產(chǎn)生靜電粘附。
而要發(fā)生這些相互作用,要求纖維的直徑要盡量細(xì),而熔噴布纖維直徑在 0.5-10 微米之間,比表面積大,排列致密高,過(guò)濾性能好。在醫(yī)用外科口罩與 N95 口罩中均使用了熔噴布作為核心過(guò)濾層,所以對(duì)含病毒的飛沫或氣凝膠均具有良好的過(guò)濾效果。
纖維過(guò)濾機(jī)理示意圖
(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò),如有侵權(quán)請(qǐng)通知?jiǎng)h除)
3. 為什么倡議大家不要過(guò)度追求 N95?
國(guó)家衛(wèi)健委高級(jí)別專(zhuān)家組組長(zhǎng)鐘南山院士在接受央視《新聞1+1》采訪時(shí)提醒大家,實(shí)際上普通人日常生活中的防護(hù),不一定非要戴 N95 口罩,一般的醫(yī)用型防護(hù)口罩,是能阻擋大部分帶有病毒的飛沫進(jìn)入呼吸道的,在公共場(chǎng)合也就夠用了。N95 口罩是在近距離面對(duì)患者時(shí)所使用的,比如醫(yī)護(hù)人員每天在為患者診斷治療,得戴著這個(gè),幾個(gè)小時(shí)換一下。所以大家不必因?yàn)榭只判睦矶诜e N95 口罩。畢竟當(dāng)前是困難時(shí)期。
而過(guò)度消耗 N95 口罩會(huì)過(guò)快消耗熔噴布資源,引起更嚴(yán)重的外科口罩緊缺。援引科技日?qǐng)?bào)的報(bào)道,專(zhuān)家介紹,醫(yī)用外科口罩熔噴布一般選用 20 克重,而 N95 口罩往往會(huì)用到 40 克重,甚至更高。
我們通過(guò)掃描電鏡,對(duì)比了 N95 口罩和醫(yī)用外科口罩的截面圖,掃描電鏡圖片可以清晰看出,外科口罩的熔噴布厚度為 156 微米,而 N95 級(jí)口罩的熔噴布層厚度為 521 微米,是外科口罩的 3 倍 。
醫(yī)用外科口罩截面圖
N95 口罩截面圖
“ 援引中國(guó)日?qǐng)?bào)的報(bào)道,河南新鄉(xiāng)的口罩廠負(fù)責(zé)人表示,熔噴布目前一噸價(jià)格上漲了近萬(wàn)元。”
在物資充足的情況下,選用 N95 口罩自然沒(méi)有問(wèn)題,但 1 個(gè) N95 口罩會(huì)消耗 3-4 個(gè)外科口罩的原料,在當(dāng)前春節(jié)剛剛復(fù)工,原材料緊缺的背景下,我們呼吁讀者遵守鐘南山院士的倡議,減少 N95 口罩的消耗,把 N95 口罩留給真正需要的醫(yī)護(hù)人員和疫區(qū)的同胞們,把生產(chǎn)資源留給外科口罩。
后總結(jié)給大家
抗擊疫情人人有責(zé)。減少不必要的出門(mén),用合適的,而不是用的,節(jié)約防護(hù)物資,不過(guò)度消耗資源與產(chǎn)能,把的口罩留給前線的醫(yī)護(hù)人員。
如果您對(duì)正在使用的口罩型號(hào)的效果或者質(zhì)量有疑問(wèn),可以聯(lián)系飛納掃描電鏡,我們能對(duì)您未使用過(guò)的口罩提供相關(guān)測(cè)試,但不代表quan威的鑒定以及出具任何quan威鑒定證書(shū)。祝大家健康,平安!愿疫情早日結(jié)束。
參考資源
[1] N95 口罩供應(yīng)告急,這四條生產(chǎn)線正 24 小時(shí)不間斷生產(chǎn)口罩濾材,科技日?qǐng)?bào)
[2] R. S. Barhate, S. Ramakrishna, Journal of Membrane Science 2007, 296, 1.
[3] 藥店電商都缺貨 口罩去哪兒了?,中國(guó)日?qǐng)?bào)
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