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Infectious disease

C&EN 中文版

公众自制口罩防新冠，最佳材料为何难确定

面料、贴合度和使用方式的差异会影响口罩防病毒的有效性

by Kerri Jansen
April 13, 2020 | A version of this story appeared in Volume 98, Issue 14
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Photo of a woman sewing a cloth face masks with a sewing machine.
Credit: Shutterstock
美国疾病预防控制中心现在建议人们在公共场所戴口罩。

请访问cenm.ag/chinese或关注ACS微信订阅号获取更多《化学与化工新闻》的中文内容.

随着COVID-19病例在美国迅速增长，越来越多的证据表明，致病病毒SARS-CoV-2可以在感染者出现症状之前传播给他人，美国疾病控制与预防中心（CDC）4月3日正式建议在公共场所戴布口罩或面罩。这是一大转变，该中心之前的指导意见是健康人仅在接触病人时才需要戴口罩。这一转变也是在专家们最近通过社交媒体和其他平台呼吁公众戴非医用口罩以减少新冠传播之后提出的。

约翰·霍普金斯大学健康安全中心主任Tom Inglesby 3月29日在推特上说：“公众出门到公共场所时，应使用非医用布口罩，以减慢病毒的传播速度。”

这些专家希望该措施在超市商店等较难保持社交距离的地方增加一层保护，从而减少疾病传播的速度，同时为医护人员保留数量有限的医疗级保护设备。

互联网上有关缝制布口罩以及面料选择的信息正在爆炸，但是关于SARS-CoV-2到底如何传播以及广泛使用非医用口罩可以为个人和公众带来哪些裨益，仍然存在许多悬而未决的问题。由于自制口罩的材料、设计和佩戴方式的固有的差异性，专家警告说，布制口罩不能取代社交距离。

CDC网站有关使用布制面罩的网页说：“必须强调的是，保持六英尺社交距离对于减缓病毒传播仍然十分重要。”

Scanning electron microscope image of microfibers that make up N95 masks.
Credit: Stanford University/4C Air
N95口罩由多层极细的聚丙烯纤维层制成，可以在此扫描电子显微镜图像中看到。

了解口罩如何保护使用者及周围人群，首先要了解SARS-CoV-2的传播方式。专家认为，该病毒主要通过呼吸道飞沫传播。这些通过谈话和咳嗽排出的唾液和粘液团相对较大，并且传播距离有限，大多落在1-2米内的地面和其他表面上，不过至少一项研究表明喷嚏和咳嗽可将飞沫传播更远（Indoor Air 2007，DOI：10.1111/j.1600-0668.2007.00469.x）。对于SARS-CoV-2病毒是否可以通过较小的气溶胶传播，科学家们尚未达成共识，而气溶胶有可能在空气中传播得更远和存活时间更长。研究人员在一项实验中发现，在受控实验室条件下，该病毒可在气溶胶中保持感染性3小时（N. Engl. J. Med. 2020，DOI：10.1056/NEJMc2004973）。但是这项研究有其局限性，正如世界卫生组织指出，研究人员使用了专门设备来产生气溶胶，“这并不能反映正常的人类咳嗽状况”。

自制的和其他非医用布口罩的作用类似于外科口罩，其目的是通过阻挡使用者的呼吸道排放物，使戴口罩者所携病毒向周围人和表面的传播最小化。呼吸道排放物包括唾液粘液飞沫以及气溶胶。这些口罩通常由纸或其他非织造材料制成，较松地贴合在面部周围，使用者吸气时空气可以从边缘进入。因此它们不被认为是防止病毒的可靠保护。

而紧密贴合的N95口罩旨在通过将传染性颗粒捕获在极细的聚丙烯纤维组成的过滤层中来保护佩戴者。这些纤维还带有静电，可提供额外的“粘性”，同时保持透气性。N95口罩在正确使用的情况下，可以过滤掉至少95％的空气中细小颗粒，对于经常接触感染者的医护人员的安全至关重要。

由于越来越多的证据表明新冠轻症或无症状患者可以不经意地传播该病毒，布面罩和外科口罩阻断呼吸道排放物的能力很重要。

“导致COVID-19的病毒带来的一大挑战是，有时患者症状非常轻微，可能自己都没有注意到，但实际上具有很强的传染性，” 芝加哥拉什大学医院临床预防医学主管Laura Zimmermann说。“因此，这些患者大量释放病毒，并可能感染其他人。”

Zimmerman说，芝加哥医护界已经讨论了给患者布口罩而非手术口罩的可能性，以节省个人防护设备（PPE）用品。她说：“如果有人感染了病毒，要遏制飞沫传播，那么布口罩真的可以帮上忙。”

一个国际研究团队最近报告说，手术口罩可以显著减少呼吸道疾病患者（包括其它冠状病毒感染）释放到空气中的病毒数量（Nat. Med. 2020，DOI：10.1038/s41591-020 -0843-2）。

一些鼓励广泛使用非医用口罩的专家指出，一些成功控制了疫情的国家也采用了这种做法。根据3月29日美国企业研究所有关美国冠状病毒举措的报告，“在一些成功控制疫情的国家（和地区），包括韩国和香港，公众广泛使用了口罩。”

弗吉尼亚理工学院和州立大学的空气传播疾病传播专家Linsey Marr说，她的观点在过去几周内发生了变化，她不再认为只有病人需要戴口罩。她说，尽管口罩可能有助于减少使用者对病毒的接触，但主要目标是减少SARS-CoV-2从患者身上的传播。

在CDC提出新建议之前，Marr在给C＆EN的电子邮件中写道：“如果每个人都戴口罩，那么通过空气和表面传播的病毒就会减少，传播的风险就会降低。”

但是，自制口罩的民众在设计和面料选择上面临许多选择，很难确定哪些选择最有效。化学安全专家Neal Langerman目前正在为企业提供冠状病毒保护措施的建议，他指出，家用材料的渗透性可能会差异很大，并以不可预测的方式变化，因此很难确定哪种材料最适合自制口罩。布料的紧密程度以及所用纤维的类型可能是一个因素。例如，天然纤维在暴露于人呼吸中的湿气时会膨胀，从而以无法预测的方式改变织物的性能。织物中孔隙的大小和透气性之间也存在着固有的权衡关系，孔隙越少越安全却也越难透气。Gore-Tex（一种通常用于户外服装的轻质微孔材料）的制造商收到了众多询问，询问该材料是否可以有效过滤SARS-CoV-2。该公司发布声明，警告不要使用该材料制作口罩，因为通气性不足。

密苏里科技大学的气溶胶研究人员Yang Wang在推特上说：“难点在于不同的织物有不同的规格，市场上有太多选择。” Wang是针对目前新冠疫情收集非医疗材料过滤性的初步数据的研究人员之一。

科学家们先前提出过使用简易口罩来应对迅速传播的病毒性疾病的想法，并且已有多个研究评估了各种家用材料的过滤效率。一项对常用织物的研究（包括多种T恤衫、运动衫、毛巾，甚至是口袋方巾）发现，这些材料能阻挡10％至60％的与呼吸道排放物大小类似的气溶胶颗粒，与一些外科口罩和防尘口罩的过滤效率相当（Ann. Occup. Hyg. 2010, DOI: 10.1093/annhyg/meq044）。哪一种简易材料过滤颗粒最好，取决于测试颗粒的大小和移动速度。研究还指出，口罩的贴合度和佩戴方式会严重影响其有效性，这在实验室条件下很难复制。

CDC建议使用多层织物制作面罩。在一个视频中，美国外科医生Jerome Adams演示了如何利用家中物品（例如旧T恤）制作多层口罩。

尽管自制口罩的有效性存在差异，但一些证据表明，即使颗粒扩散的部分减少也可以帮助降低整个人群的疾病传播速度。在2008年的一项研究中，荷兰的研究人员发现，尽管简易口罩不如个人呼吸器有效，但“任何类型的普通口罩的使用都可能在人群水平上降低病毒暴露和感染风险，哪怕佩戴不当和不完全遵守”（PLOS One 2008，DOI：10.1371/journal.pone.0002618）。

Langerman说，他最大的担心是，与任何个人防护装备一样，使用口罩会给佩戴者带来错误的安全感，从而导致其放松其他预防措施。专家们重申，无论是否有症状，与他人保持身体距离6英尺（1.83 m）或更远的重要性。Langerman 告诫，不要过于信任自制口罩，才能保护自己或他人。

他说：“这才是问题关键。如果一个人要自己制作呼吸器，是否完全了解各种选择的风险，至少知道选择了哪种妥协。我不确定答案是肯定的。”.

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