扫描电镜“眼中”的口罩——倡议群众合理使用口罩资源

　　通过扫描电镜结果告诉我们，N95口罩与医用外科口罩均具有核心过滤层--熔喷无纺布，均可以起到良好的防护作用。

　　99% 的读者，如非武汉区域，对于日常防护，医用外科口罩完全够用，一次性医用口罩或医用护理口罩可作为备选。1% 来自武汉疫区或需要贴身接触病人的读者，建议使用 N95 级口罩。

Q1 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。

Q2 为什么医用外科口罩和 N95 级口罩可以防病毒？借助飞纳台式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

（图片来源于网络，如侵权请通知删除）

N95 级别口罩结构示意图

（图片来源于霍尼韦尔，如侵权请通知删除）

　　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。

　　下图为飞纳台式扫描电镜拍摄的熔喷布结构照片。

　　有同学看到图片会担忧了，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

（图片来源于网络，如有侵权请通知删除）

Q3 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。

　　我们通过飞纳台式扫描电镜，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

　　援引中国日报的报道，河南新乡的口罩厂负责人表示，熔喷布目前一吨价格上涨了近万元。

　　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。

　　最后总结给大家

　　抗击疫情人人有责。减少不必要的出门，用最合适的，而不是用最好的，节约防护物资，不过度消耗资源与产能，把最好的口罩留给前线的医护人员。

关注飞纳电镜 了解更多内容