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      儀器快訊周刊354期

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      掃描電鏡圖解哪種口罩能保護好您和家人 —— 倡議群眾合理使用口罩資源

      儀器信息網 2020/02/04 11:59:01 點擊 134 次

      通過掃描電鏡結果告訴我們,N95口罩與醫用外科口罩均具有核心過濾層--熔噴無紡布,均可以起到良好的防護作用。

       

      99% 的讀者,如非武漢區域,對于日常防護,醫用外科口罩完全夠用,一次性醫用口罩或醫用護理口罩可作為備選。1% 來自武漢疫區或需要貼身接觸病人的讀者,建議使用 N95 級口罩。

       

      1. 哪種口罩能防病毒?

       

      現在市面上能買到的口罩有:

      • 醫用 N95 級口罩(醫用防護口罩)

      • 常規 N95 級口罩(國標 KN95 口罩)

      • 醫用外科口罩

      • KN90 級口罩

      • 醫用口罩或醫用護理口罩

      • 一次性口罩

      • 活性炭口罩

      • 明星防狗仔口罩

      • 純棉布或紗布口罩

       

      在這些口罩里,專家建議:盡量選擇 醫用外科口罩,N95 級口罩(等同國標 KN95,常規,醫用均可),可以起到良好的防病毒的作用。而我們在測試過程中發現,某些 KN90 級口罩也具有有效的核心過濾層,應當也可以起到類似醫用外科口罩的過濾效果。

       

      N95是美國國家職業安全與健康研究所(NIOSH)最早提出的標準,“N”是指“不適合油性顆粒物”,“95”是指在 NIOSH 標準規定的檢測條件下,對 0.3 微米顆粒的阻隔率須達到 95% 以上。因此,N95 不是特定的產品名稱,而是一種標準,只要通過 NIOSH 審查并達到這個標準的口罩都可以稱為“N95”,與 N95 口罩等效的國內標準口罩為 KN95。

       

      請注意:醫用外科口罩不同于一般的醫用口罩,在名稱中,有“外科”兩個字。兩者從外表看,沒有太大區別,但是,防護標準并不相同。醫用外科口罩執行是 YY 0469-2011 《醫用外科口罩技術要求》,比普通醫用口罩的防護效果會更好一些。

       

      2. 為什么醫用外科口罩和 N95 級口罩可以防病毒?借助飛納臺式掃描電鏡放大千倍一探究竟

       

      醫用外科口罩,一般分成三層:(內層)吸濕層、(中層)核心過濾層、和(外層)阻水層。

       

      N95 級別口罩,結構上做了優化:(中層)核心過濾過濾層層數更多了,厚度更厚了;更有廠商(3M,霍尼韋爾等)會通過靜電處理增強纖維過濾能力,防護性能要更好一些。

      1.jpg

      醫用外科口罩結構示意圖
      (圖片來源于網絡,如侵權請通知刪除)

       

      2.jpg

      N95 級別口罩結構示意圖
      (圖片來源于霍尼韋爾,如侵權請通知刪除)

       

      為什么這兩種口罩可以有效防病毒?關鍵在于他們中層核心過濾層均由一種特殊的材料構成,這層材料稱為熔噴無紡布,或簡稱為熔噴布。熔噴布是一種以聚丙烯為材料,由許多縱橫交錯的纖維以隨機方向層疊而成的膜,纖維直徑范圍 0.5~10 微米。

       

      下圖為飛納臺式掃描電鏡拍攝的熔噴布結構照片。

       

      4.jpg

       

      有同學看到圖片會擔憂了,熔噴布空隙這么大,是怎么過濾環境中的病毒的呢?雖然新型冠狀病毒尺寸很小,在 100 納米(0.1 微米)左右,但是病毒無法獨立存在,其傳播途徑主要有分泌物和打噴嚏時的飛沫,飛沫的大小在 5 微米左右,這是其一,第二,熔噴布本質上是一種纖維過濾器,通過多種過濾機制實現對飛沫等顆粒的過濾,我們看到纖維空隙可以起到'篩( Sieving )'的作用,但'篩'只是最基本的相互作用之一。根據飛沫顆粒的大小和氣流速度,纖維通過多種機制捕捉含病毒飛沫:

       

      1. 慣性碰撞  ( Inertial Impaction )–發生在大顆粒身上,存在較大的慣性的顆粒遇到過濾纖維時。
      示意圖所示:大顆粒由于其慣性而無法改變流向,因此會撞擊纖維并附著在纖維上。

       

      2. 攔截 ( Interception ) -發生在當顆粒沿著氣流運動,碰巧與纖維表面接觸時。
      示意圖所示:容易跟隨氣流的移動的中等尺寸顆粒與過濾纖維接觸,被纖維攔截。

       

      3. 擴散 ( Diffusion ) -發生在當粒子尺度極小時,不按照氣體方向流動,而是受隨機粒子運動(小粒子的布朗運動)控制時
      示意圖所示:小顆粒(例如氣溶膠)做布朗運動,運動方向脫離氣流方向,隨機運動,碰到纖維時被吸附。

       

      4. 靜電吸引 (Electrostatic Attraction ) –發生在纖維上存在靜電荷時。
      示意圖所示:纖維上的靜電荷對顆粒會產生靜電粘附。

       

      而要發生這些相互作用,要求纖維的直徑要盡量細,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,過濾性能好。在醫用外科口罩與 N95 口罩中均使用了熔噴布作為核心過濾層,所以對含病毒的飛沫或氣凝膠均具有良好的過濾效果。

       

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      纖維過濾機理示意圖
      (圖片來源于網絡,如有侵權請通知刪除)

       

      3. 為什么倡議大家不要過度追求 N95?

       

      國家衛健委高級別專家組組長鐘南山院士在接受央視《新聞1+1》采訪時提醒大家,實際上普通人日常生活中的防護,不一定非要戴 N95 口罩,一般的醫用型防護口罩,是能阻擋大部分帶有病毒的飛沫進入呼吸道的,在公共場合也就夠用了。N95 口罩是在近距離面對患者時所使用的,比如醫護人員每天在為患者診斷治療,得戴著這個,幾個小時換一下。所以大家不必因為恐慌心理而囤積 N95 口罩。畢竟當前是困難時期。

       

      而過度消耗 N95 口罩會過快消耗熔噴布資源,引起更嚴重的外科口罩緊缺。援引科技日報的報道,專家介紹,醫用外科口罩熔噴布一般選用 20 克重,而 N95 口罩往往會用到 40 克重,甚至更高。

       

      我們通過飛納臺式掃描電鏡,對比了 N95 口罩和醫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 級口罩的熔噴布層厚度為 521 微米,是外科口罩的 3 倍 。

       

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      醫用外科口罩截面圖

       

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      N95 口罩截面圖

       

      “援引中國日報的報道,河南新鄉的口罩廠負責人表示,熔噴布目前一噸價格上漲了近萬元!

       

      在物資充足的情況下,選用 N95 口罩自然沒有問題,但 1 個 N95 口罩會消耗 3-4 個外科口罩的原料,在當前春節剛剛復工,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護人員和疫區的同胞們,把生產資源留給外科口罩。

       

      最后總結給大家

       

      抗擊疫情人人有責。減少不必要的出門,用最合適的,而不是用最好的,節約防護物資,不過度消耗資源與產能,把最好的口罩留給前線的醫護人員。

       

      如果您對正在使用的口罩型號的效果或者質量有疑問,可以聯系 飛納掃描電鏡,我們能對您未使用過的口罩提供相關測試,但不代表權威的鑒定以及出具任何權威鑒定證書。祝大家健康,平安!愿疫情早日結束。

       

      參考資源

       

      [1] N95 口罩供應告急,這四條生產線正 24 小時不間斷生產口罩濾材,科技日報
      [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?,中國日報

      [來源:復納科學儀器]  
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