N95、医用外科与纱布

大家看到这个标题，是不是想到了过去这一年抗疫路上的好伙伴——口罩呢？

没错，N95、医用外科口罩、普通纱布口罩就是最常被提到的几种口罩。

但是如果大家有仔细看过相关的宣传就会发现，这三种口罩的防护效果不怎么一样，N95最好，而医用外科口罩次之，普通的纱布口罩对病毒就没什么防范作用。

那么大家可曾想过，是什么不同导致了这种差异？

我今天的文章就要来讲一讲口罩里的玄机。

口罩的起源

口罩是一种卫生用品，一般指戴在口鼻部位用于过滤进入口鼻的空气，以达到阻挡有害的气体、气味、飞沫、病毒等物质的作用，以纱布或纸等材料做成。

百度百科-https://baike.baidu.com/item/口罩/3416459?fr=aladdin

从百科的定义来说，口罩就是一种分层的过滤器。

不难想见，它就起源于过滤某些东西的需要。

虽然我们国家的先人已经意识到了口鼻飞沫的影响，比如《礼记·曲礼上》的记载：“负剑辟咡诏之,则掩口而对。”唐朝大儒孔颖达注释：“掩口，恐气触人。”，这便是先民们最早对于空气防护的意识。到了元朝，马可波罗在他的游记中写道“在元朝宫殿里，献食的人，皆用绢布蒙口鼻，俾其气息，不触饮食之物。”，这种最简单的“口罩”的存在就说明人们已经有了个人防护的意识。

但是，在科学不够发达的年代，人们连空气中有什么都不甚明晰（可以参见这里），更何谈知道要过滤些什么呢？而单纯的个人防护措施或者薄薄一层绢布，又能起到几分防护作用呢？

没错，现实中也就是科学的进步引发了现代口罩的诞生。

在1847年的春天，伊格纳茨·菲利普·塞麦尔维斯第一次发现了医院内的感染问题，他通过对比实验的办法证明了消毒，甚至只是简单的洗手都可以有效地减少感染。虽然他的那个年代还不存在病菌的概念，但是他还是凭借自己的聪明才智证明了消毒防护在防止感染方面的重要性。

在他之后，在1861年巴斯德（就是开创了近代微生物学的那位科学家，他在医学上的主要成就是捍卫了病菌论并大力推广疫苗接种）用鹅颈瓶实验证实了空气中微生物的存在。

这两人的成绩使得科学界意识到了空气中就存在着危险的病菌。但就这样还不够——毕竟这些病菌通过什么方式传染，也还不甚明晰，而如果不知道呼吸道传染的事实，也就不会有人想到发明口罩了。

在这之后，又有科学家特地做了在培养皿指定距离大声说话、咳嗽、打喷嚏的实验，结果培养皿中都有细菌生长，这就证实了飞沫是一种携带病菌的呼吸道传染源。

这些发现累积到了1895年，德国病理学家莱德奇根据空气中的病菌会致病这一基本发现做出了最基础的医用口罩的雏形，也就是用一层棉花纱布进行简单的过滤。

另外这种中世纪瘟疫医生所戴的鸟嘴面具里塞着棉花以便过滤，也是口罩的雏形之一

后续在1897年，德国医生米库利奇的学生胡伯纳等人又改进了最初的口罩。

其实最初的口罩与其说是口罩不如说是纱布围住口鼻一圈，不仅不方便还很闷。

弄成这个样子的口罩，应该也没人愿意戴吧？

于是他们把两层纱布剪成长方形，在纱布之间放置铁丝支架，然后在支架两侧缝制两根带子，将带子固定在后脑勺上。这样就在支架的帮助下，不但解决了呼吸不畅的问题，而且方便可靠。

再往后，在1899年，法国医生保罗·伯蒂发现了一两层的纱布不足够防止飞沫的入侵，于是他把口罩加强到了六层纱布，还加了可以挂在耳朵上的带子。

直到这里，现代意义上的口罩算是诞生了，随着一次次疫情而不断接受考验再改进，就成了如今口罩的样子。

口罩的分类

说完了口罩的历史沿革，我们来介绍一下大家最关心的问题：这些口罩有什么不同。

常见的口罩

其实影响口罩过滤效果的主要是材质，我们这里也就主要按材质的分别来介绍。

第一种：纱布口罩

顾名思义，这种口罩是由比较稀疏的棉布编织而成。过滤的原理基本只是依赖粉尘冲撞到纱布时，经过纱布网—层层的阻隔，将一些大颗粒粉尘阻隔在纱布中。

但我刚才也说了，这种口罩用的棉布比较稀疏，所谓稀疏，可以比较通俗地理解为“编织线之间的空隙网眼比较大”。这样就会导致很多颗粒偏小的物体都能够穿透这种口罩的防护长驱直入，就像筛孔大的筛子总会漏下很多东西一样。而这些被放过的东西，有PM2.5（这也就是为什么这种口罩对雾霾防范效果差）、氮氧化物（城市中汽车尾气的主要污染物），甚至有病毒这类的病原体（这也就是为什么抗疫期间不能使用这种口罩作为防护用具）。

哪怕多用几层，纱布的大孔隙还是使得过滤效果不会有什么实质性的提升。

因此它最主要的用途是滤过一些比较大的粉尘颗粒，但由于它没法滤过小的东西，所以在现实生活中的用途并不多。

纱布口罩

第二种：医用一次性口罩

这种口罩较之于我上面所说的纱布口罩要厚，它分三层，最外层具有防水作用，可以阻止飞沫的侵入；中层则是过滤层，是利用很细的无纺布做成的，这种布的孔隙很小，就有比较强的防止小颗粒物质或者病原体侵入的能力；最里面的一层是吸湿层，主要负责吸收口鼻呼出的湿气，保证佩戴者的体验（毕竟谁也不想戴完口罩一脸湿乎乎的）。

（所谓的无纺布是对于我们平日里说的编织布说的，它们不像编制的布料是按照横竖（经纬）交错编制，而是用物理方法直接把把线粘结在一起，这样就可以做出编制布无法做到的小孔洞）

也是因为它的中间层，它拥有一定的微小物体过滤能力，我国对它的规定是细菌过滤效率应不小于95%，这已经是可以用于医疗防护用途的级别了。

而且这类口罩不仅仅只有机械性的阻拦过滤，它还可以实现分子引力的截留、（弯曲通道内）颗粒依附的气流转弯时因惯性被甩出，从而通过分子作用力吸附、还可以通过小粒子带的电来实现互相作用从而实现吸附。因此，它的滤过效率就会更高。

在生活中，它主要是用在不需要防水的医用场所，以防止呼吸道疾病通过飞沫的互相传染。不过它的使用不仅有次数限制，还有时间限制，超过时限就不能再用了。

一次性医用口罩

第三种：N95、N90口罩

这种口罩——或许不能叫做种了，叫做类更合适——其实没有统一的构成。

大家平时说的这个N95或者N90指的其实是滤过效率，N95指的是暴露在规定数量的专用试验粒子下，口罩内的粒子浓度要比口罩外粒子浓度低95%以上，这里的N则指的是不耐油，也就是只适用于粉尘、酸雾、微生物等颗粒物。

N90则同理，只不过滤过效率只要超过90%就可以了。

这些口罩的具体组成则不一而足，由于涉及到专利一类的问题，我在这里也没法详细解说，不过简单的结构示意还是能做到的。

简单来说，它们和医用一次性口罩的结构类似，不过层数偏多，较之于三层的一次性医用口罩，它们可以到达五层的厚度（再加一层吸收层，中间加一层维持结构稳定的纺粘层），而且它们的吸收层可以主动地处理小颗粒。

怎么处理呢？说来也简单，这种口罩的吸收层里含有特殊的材料，可以主动地让空气极化（医用一次性口罩只能被动地等带电的微粒来了再捕获），利用电磁相互作用力，使得微粒很容易被捕获，这样就大大提升了这种口罩的吸收效率。

所以这种口罩的防护等级是最高的，在过去的疫情防控中基本都是在高风险地区/场所使用的。

不过大家也没必要一直用N95的口罩，要知道滤过效率高就等于是说呼吸到的空气会减少，这就容易导致呼吸困难，反而有害于健康。

N95口罩

第四种：聚酯纤维口罩

光说这个名字大家可能想不太出来这个是指什么口罩，上张图就好理解得多了：

怎么样，是不是马上就想起来了？

这种口罩其实就是很多明星喜欢戴的那种薄又软的黑色口罩。

但是就像我说的，这种口罩软又薄，也就是说它的过滤层不多还有比较大的孔隙（这点可以设想一块没有任何孔隙完全密排的布，它应该会像铁板一样硬而难以变形），这就使得它的美观和视觉遮挡作用更甚于过滤作用。

实际上，这种口罩大多也只能用作阻挡花粉一类的较大颗粒的过敏源，而没有多少对病原体的阻挡作用，所以大家也能看到过去的一年间很少有专家提到使用这种口罩，也正是源于此。

口罩的使用

介绍完了口罩的分类，我们以如何使用口罩作为文章的结尾。

首先，根据风险等级来选择要戴什么样的口罩，具体可以参见公众科学戴口罩指引[1]。

其次，戴口罩的方式也很重要：

对于一次性医用口罩，要注意里外之分，浅色面有吸湿功能，应该贴着嘴鼻，使深色面朝外。有金属片的一边朝上，切记不要戴反。根据自己的脸型，将折面充分展开，把鼻、嘴、下颌完全包住，然后压紧鼻夹，使口罩与面部完全贴合。

对于N95口罩，要将口鼻处完全密封好，脸部边缘区要紧贴脸部，避免飞沫和有害气体呼吸进肺部，佩戴口罩要及时更换，一般2~4个小时就需更换一次。

那么最后祝大家新年大吉，阖家幸福，身体安康。

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[1] 公众科学戴口罩指引：请看“了解更多”

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