医用防护口罩发展简史及其工作原理

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医用防护口罩发展简史及其工作原理

2024-07-13 07:09| 来源: 网络整理| 查看: 265

然而一位名叫安托万·巴特尔米·克洛特-贝(Antoine Barthelemy Clot-Bey)的法国医生认为,像鸟一样的鼠疫面具本身就是导致鼠疫传播的原因,因为它们让人们感到害怕,而害怕的身体更容易患病。

到19世纪70年代末,科学家们了解了细菌学说,瘴气理论的流行随着现代微生物学领域的出现而渐渐式微。然而,防疫的技术却没有很大的发展我们经常认为科学范式的转变会很自然地形成技术突破,但到19世纪末,所有用来对付细菌的技术都是模仿应对瘴气的技术。

02 伍连德和他的第一代现代防护口罩

1897年外科口罩首次在手术中被使用。当时这不过是一块系在脸上的好看的方巾而已。它们不是用来过滤空气中的细菌的,而是被用来防止医生在手术期间咳嗽或打喷嚏时把飞沫溅到病人的伤口上。过滤空气中的细菌仍然不是今天外科口罩的意义所在。

口罩和呼吸器(respirator)之间的区别很重要。这就是为什么医护人员在没有呼吸器的情况下才被要求戴外科口罩的原因。口罩由不同的材料制成;它们被松散地戴在脸上,并不能防止微粒从侧面进来。呼吸器会形成一个密封装置,这样就可以过滤吸入的空气。

一个薄薄的由高分子聚合材料构成的杯状物究竟是如何成为21世纪最重要的医疗设备的?这还要从始于1910年的一场严重疫病的肆虐说起。

1911年满洲瘟疫期间,戴防疫口罩的医务工作者。(图:香港大学图书馆)

1910年秋,一场瘟疫在满洲(即今中国东北地区)爆发,这场瘟疫发生在当时的中国和俄国之间复杂的政治管辖区域内。

难以置信的瘟疫杀死了100%的感染者,没有人幸存。人们在出现第一次症状的24到48小时内就会死亡,这与欧洲黑死病的有关描述类似。

接下来是一场科学上的军备竞赛,目的是推断出是什么导致了这场瘟疫,并加以阻止。当时的俄国和清政府都想显示自己的价值和科学能力,以加强自己在东北的主权诉求。

清政府聘请了一位名叫伍年德的医生来领导这项工作。他出生在槟榔屿,曾在剑桥大学学习医学。伍很年轻,普通话却说得很糟糕,在当时的世界医学舞台上籍籍无名。在这场关乎国际政治局势并迅速吸引了世界各地医生兴趣的瘟疫中,伍连德并不引人注目。在对其中一名受害者进行尸检后,伍认为鼠疫并不是像许多人怀疑的那样是由跳蚤传播的,而是通过空气传播的。

伍除了使用西方看到的手术口罩,还研发了一种更亲民的口罩,由纱布和棉花制成,可以安全地包裹在人的脸上,并增加了几层布过滤吸入物。他的发明是一个突破,但一些医生仍然怀疑其功效。

有一个流传很广的事件说明了伍连德在当地的工作情况。伍在该地区遭遇了一位名叫杰拉尔德·梅斯尼的法国医生,他是业内著名的行家。伍向法国医生解释了他的理论,即鼠疫是由人的肺和空气传播的,但这位法国医生不但没接受,而且还羞辱了他……法国人用非常种族主义的话说道:我们能从一个中国人身上期待什么?为了显示他的蔑视,梅斯尼没有戴上伍的口罩就去鼠疫防治医院看病,两天之后他不幸染上鼠疫身亡……

该地区的其他医生也很快研制出了自己的口罩。但看起来很奇怪,不是像戴眼镜的头套,就是类似于潜水面罩,在实用性上大打折扣。

伍年德医生的口罩最终胜出。因为在实验测试中,它可以保护使用者免受细菌的侵害。根据研究当时情况的专家的说法,这是一个伟大的设计。它可以用现成的廉价材料手工建造。1911年1月到2月间,伍式口罩的产量迅速提高。不但医务人员和士兵都戴着它,一些普通人也纷纷使用。

口罩这不仅阻止了鼠疫的传播,还成为了现代医学的象征,让人们亲眼目睹了一场流行病从肆虐道消失的整个过程。伍年德的口罩很快成为国际新闻争相报道的标志性事件。伍式口罩不但是非常新奇的东西,而且它在使用中的神奇效果,很快为当时的新闻界所热衷报道,带着白色面具的黑白照片在当时非常吸引读者的眼球,不得不说这是营销上的一次巨大成功。

1918年西班牙流感爆发,伍式口罩在科学家甚至很多公众中暴得大名。全球各地的公司都增加了类似口罩的生产,以帮助减少流感的传播。

1918年瘟疫大流行期间,西雅图的戴着口罩的市内有轨电车售票员和乘客。(照片:维基共享)

03 N95口罩由工业用途转为民用

N95面具是伍年德设计的口罩的一个改良版。在第一次世界大战和第二次世界大战期间,科学家们发明了一种空气过滤防毒面罩,它可以包裹人的整个头部来清洁吸入的空气。后来类似的面罩还装载了玻璃纤维过滤器,不但运用于战争,而且开始在采矿业中使用,以防止黑肺病。

这种设备挽救了无数生命,但它戴起来比较不方便,主要原因在这层过滤器上。玻璃纤维需要用力呼吸才能穿透,如果含有整个头罩的呼吸器戴久了难免热得难受。到了20世纪50年代,科学家们开始了解吸入石棉的危害,接触石棉的人也不愿戴笨重的口罩。想象一下,在85度高温的建筑工地工作,为了保护自己不受只是一种可能的威胁,你的头需要整天被橡胶包裹着,这受得了?

所以在20世纪70年代,美国矿务局和国家职业安全与健康研究所合作,为他们所谓的“一次性口罩”制定了第一个标准。据3M公司资料,该公司于1972年5月25日批准了我们所知的第一款一次性使用的N95“防尘”口罩,没有使用玻璃纤维,而是重新利用了它开发的一项技术,将融化的聚合物通过空气吹入微小的纤维层中,形成较硬的带状层从而制成过滤器。这种过滤器看起来就像一堆树枝,中间有很大的空隙。当二氧化硅或者病毒颗粒飞进这堆树枝中时,它们很快会被卡住。3M公司还在材料中加入了静电荷,因此更小的颗粒也会被拉向纤维束。同时,因为有这么多的空隙,呼吸变得很容易。

人们戴N95口罩的时间越长,它过滤颗粒物的效率就越高。而且积累的更多的粒子会加大过滤效果。 不过使用的时间越长,呼吸会变得越来越困难,因为纤维之间的缝隙会被颗粒堵塞,这就是为什么N95呼吸防护口罩不能在尘土飞扬的环境中一次佩戴超过8小时的原因。它不会停止过滤;但会妨碍呼吸的舒适度。

N95口罩在工业生产中已经应用了几十年,直到上世纪90年代耐药结核病的出现才使口罩重返临床应用。艾滋病毒在免疫缺陷患者中传播与之有很大关系,但结核病也感染了许多卫生保健工作者。为了阻止它的空气传播,医学界更新了用于医疗保健的N95口罩标准,医务人员开始在护理结核病患者时佩戴。尽管如此,医院至今很少使用口罩,因为只有像COVID-19病毒这样的疫情爆发才需要如此多的防护。

正如很多专家指出的那样,伍式口罩在中国的重要性从未真正消失。伍后来创立了中国版的疾病预防控制中心,并与诺贝尔医学奖擦肩而过,出版了多种版本的自传(包括他自己执笔的)。2003年SARS爆发期间,大部分中国人戴上了口罩来防止疾病的传播。后来,随着北京等城市雾霾的日益严重,人们经常戴上口罩来过滤空气。

N95口罩并不完美。它的设计并不能很好地密封儿童或面部毛发的人的脸,如果它不能密封,就不能像广告宣传的那样有效。此外,在高风险手术室中使用的N95变体没有呼气阀,因此它们可能会变得特别热。

但口罩在数百年的发展过程中应对了多次危机。这种演变只会在COVID-19全球疫情大流行期间和之后继续下去。业内人士称,拥有成千上万科学家的美国3M公司一直在改进技术,不断地重新评估N95呼吸防护口罩,调整从过滤器到人体工程学的所有东西。假以时日,一种全新的既廉价又好用的医用新型口罩的问世不会是什么稀奇的事。

参考资料:The N95 mask: The untold origin story,BY MARK WILSON, FastCompany,03-24-2020返回搜狐,查看更多



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