醫(yī)用防護口罩專利技術(shù)研究進展

孫興春 陳曦

從2019年底至2020年初，由新型冠狀病毒感染引發(fā)的肺炎疫情相繼在我國和世界各地爆發(fā)。新型冠狀病毒的傳播途徑主要包括近距離飛沫傳播、氣溶膠傳播以及接觸傳播。為了阻斷病毒的傳播途徑，控制疫情的擴散，專家建議廣大公眾出行時務(wù)必戴口罩，而通過選擇合適的醫(yī)用口罩可以有效地降低使用者的感染風(fēng)險[1]。本文旨在介紹醫(yī)用口罩的分類和適用范圍，以及醫(yī)用防護口罩的技術(shù)發(fā)展情況，為廣大醫(yī)務(wù)工作者和公眾選擇合適的醫(yī)用口罩提供必要的參考；同時，根據(jù)目前的技術(shù)發(fā)展情況，初步探討未來醫(yī)用防護口罩的技術(shù)發(fā)展趨勢，并為我國醫(yī)用口罩行業(yè)的發(fā)展提供一定的參考。

1 醫(yī)用口罩分類

根據(jù)使用環(huán)境和防護對象的差異，醫(yī)用口罩主要分為3類，分別為普通醫(yī)用口罩、醫(yī)用外科口罩和醫(yī)用防護口罩。

1.1 普通醫(yī)用口罩

普通醫(yī)用口罩通常并不要求對顆粒物和細(xì)菌具有特定的過濾效率，其對顆粒物和細(xì)菌的過濾效率要求也遠(yuǎn)低于醫(yī)用外科口罩和醫(yī)用防護口罩。普通醫(yī)用口罩僅適用于常規(guī)環(huán)境下的一次性衛(wèi)生防護，或者致病性微生物以外的顆粒，如花粉等細(xì)顆粒的阻隔或防護。對致病性微生物的防護作用非常有限。顯然，采用普通醫(yī)用口罩無法有效阻隔引起此次疫情的新型冠狀病毒。因此并不建議廣大醫(yī)務(wù)工作者和公眾采用普通醫(yī)用口罩避免新型冠狀病毒感染。

1.2 醫(yī)用外科口罩

醫(yī)用外科口罩對于直徑大于4μm的細(xì)顆粒具有明顯的阻擋作用。根據(jù)其阻隔效果，醫(yī)用外科口罩主要適用于醫(yī)務(wù)人員和相關(guān)人員的基本防護，可用于阻止血液、體液等飛濺物造成的細(xì)菌、病毒傳播。應(yīng)用環(huán)境通常為醫(yī)院門診、實驗室、手術(shù)室等高標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，醫(yī)用外科口罩對于細(xì)菌、病毒的阻擋能力較強。盡管避免感染功效仍然不及N95級別的口罩，但是醫(yī)用外科口罩可以有效避免患者將病毒傳染給他人，從而能夠有效防止新型冠狀病毒在健康人群中的擴散傳播。對于并不經(jīng)常接觸傳染源的普通民眾而言，醫(yī)用外科口罩已經(jīng)可以提供有效的防護，是非常合適的防護用品。

1.3 醫(yī)用防護口罩

醫(yī)用防護口罩通常具有多層結(jié)構(gòu)，各層起到不同作用，疏水透氣性強，對帶有細(xì)菌、病毒的氣溶膠或者其他有害細(xì)顆粒物均具有明顯的過濾作用。醫(yī)用防護口罩采用的材料通常無毒無害，并且佩帶舒適，能夠有效阻止直徑≤5μm的細(xì)菌、病毒以及其他細(xì)顆粒物經(jīng)空氣傳播，對通過近距離接觸或經(jīng)飛沫傳播的疾病也具有明顯的阻隔作用，可有效防止新型冠狀病毒引發(fā)的感染。醫(yī)用防護口罩采用的過濾材料的過濾效率應(yīng)不小于95%，即N95級的防護等級。因此，醫(yī)用防護口罩的適用范圍主要包括傳染病區(qū)醫(yī)護人員的防護、病毒實驗室工作人員的防護等需要長時間、高頻率接觸傳染源的環(huán)境[2]?？梢姡瑢τ谄胀癖姸?，并不需要使用如此高等級的防護口罩。應(yīng)將更多的醫(yī)用防護口罩留給廣大醫(yī)務(wù)工作者和疫區(qū)工作人員使用。

綜上所述，醫(yī)用防護口罩具有最高等級的防護效果，采用的材料無毒無害，并且佩帶舒適，技術(shù)含量較高，可以有效阻止包括新型冠狀病毒在內(nèi)的多種細(xì)菌、病毒以及細(xì)顆粒物的傳播，因此成為口罩領(lǐng)域研究的焦點。

2 醫(yī)用防護口罩技術(shù)進展

目前，對醫(yī)用口罩的研究開發(fā)主要從面體材料和口罩立體結(jié)構(gòu)2方面開展，本文主要從面體材料角度對其進行闡述。醫(yī)用口罩的口罩面體分為內(nèi)、中、外3層，內(nèi)層為親膚材質(zhì)，中層為隔離過濾層，外層為特殊材料抑菌層。醫(yī)用口罩具有一定的防塵和濾菌功能，但大多卻不能殺滅病菌，隨著佩戴時間的延長，口罩表面的病菌越積越多，濾菌性能也會越來越弱，人體呼出水汽的增多不僅會降低佩戴的舒適度，也會影響隔離過濾層的過濾效果，從而減弱口罩的保護性能。目前對面體材料的研究主要針對防護性和舒適性角度進行。

納米材料已經(jīng)多次被嘗試用于醫(yī)用口罩抗菌性的提升。貝德氏（上海）健康科技股份有限公司在CN107981441B中公開了通過由聚丙烯纖維和鉺元素?fù)诫s的納米氧化鋅組成醫(yī)用口罩的殺菌層來提高現(xiàn)有醫(yī)用口罩的殺菌性。廣西中醫(yī)藥大學(xué)在CN108378440A中公開了在口罩的中間層吸附氧化石墨烯—銅銀納米復(fù)合物以進一步提高其過濾殺菌作用。太倉卡斯特姆新材料有限公司在CN107232662A中公開了其研究開發(fā)的高韌性抑菌醫(yī)用口罩，采用的抑菌層由一種特定成分的納米銀離子膠抗菌網(wǎng)組成。江蘇廣達(dá)醫(yī)材集團有限公司在CN105054404A中公開了通過吸濕透氣網(wǎng)狀布層上噴涂納米銀離子抗菌層，從而有效地抑制細(xì)菌滋生，保證口罩的衛(wèi)生。

光觸媒技術(shù)由于在紫外光及可見光作用下能產(chǎn)生催化降解功能，能夠有效地降解空氣中的有毒有害氣體，殺滅多種細(xì)菌，還能將細(xì)菌或真菌釋放出的毒素分解并進行無害化處理，該技術(shù)目前已經(jīng)在口罩領(lǐng)域得以應(yīng)用。太倉斯迪克新材料科技有限公司在CN108741303A中公開了其開發(fā)的一種含有納米二氧化鈦的納米級光觸媒功能層的醫(yī)用口罩，其在上層棉紗和下層棉紗之間形成的容納腔中填充了光觸媒納米粉末，能夠?qū)崿F(xiàn)有效殺滅細(xì)菌和病毒、除異味、防治花粉、粉塵以及空調(diào)過敏、抑制傳染性病毒等功能。

中藥作為我國的國粹，也被廣泛應(yīng)用在提高口罩的抗菌性能上，廣西紡源醫(yī)療科技有限公司在CN107041581A中公開了通過用中藥藥液浸漬中間過濾層，從而達(dá)到增強口罩防菌滅菌能力的作用，減輕了污染物對人體口腔、鼻子、肺部的侵害。廣西中醫(yī)藥大學(xué)在CN108378440A中公開了通過在口罩的中間層吸附氧化石墨烯—銅銀納米復(fù)合物，以及黃芩、丁香、白術(shù)、魚腥草、藿香、艾葉、佩蘭、旋復(fù)花、辛夷花、梔子花、蒼耳子、荊芥、黃連等中草藥液，以進一步提高口罩的過濾殺菌能力。

目前也有不少公司通過增加口罩的功能層來提高其防護性和舒適性，例如江蘇廣達(dá)醫(yī)材集團有限公司在CN105054404A中公開了其開發(fā)的新型醫(yī)用口罩，口罩本體自下而上依次為吸濕透氣網(wǎng)狀布層、竹炭吸附層、至少一層木漿纖維濾層、木炭過濾層和拒水無紡布層；吸濕透氣網(wǎng)狀布層上噴涂納米銀離子抗菌層。通過木漿纖維濾層和木炭過濾層實現(xiàn)空氣雙重過濾，在保證通透的同時，明顯提升了過濾效果；竹炭吸附層可以吸收口罩使用過程中產(chǎn)生的水氣，減少細(xì)菌滋生；吸濕透氣網(wǎng)狀布層上的納米銀離子抗菌層可以有效地抑制細(xì)菌滋生，保證口罩的衛(wèi)生。重慶順美吉醫(yī)療器械有限公司在CN105286133A中公開了其開發(fā)的醫(yī)用口罩，設(shè)計了由外至內(nèi)依次層疊超薄聚丙烯熔噴材料層、拒水防粘無紡布層、纖維熔噴無紡布復(fù)合層、活性炭纖維層和親水防粘無紡布層的口罩面體，其中親水防粘無紡布層可以迅速將水氣吸收到傳遞活性炭纖維層和纖維熔噴無紡布復(fù)合層，避免水氣在面部積累，提高醫(yī)護人員的舒適度，超薄聚丙烯熔噴材料層和拒水防粘無紡布層可以減少外部水氣的進入，保證活性炭纖維層的活性過濾作用和纖維熔噴無紡布復(fù)合層內(nèi)的木漿纖維層的吸附作用。四川省遂寧市康達(dá)衛(wèi)生材料有限公司在CN109222279A中公開了通過在口罩本體的內(nèi)表面設(shè)置玉米纖維里層，從而有效地增強醫(yī)用口罩的輕柔滑順效果，而且具有強度大、吸濕透氣性強和絲綢般的光澤及舒適的肌膚觸感，還讓醫(yī)用口罩具有良好的耐熱性及抗紫外線功能。

3M創(chuàng)新有限公司作為全球大型防護用品龍頭企業(yè)對于防護口罩的開發(fā)除了從口罩的結(jié)構(gòu)上進行改進，還從織物材料上進行了改進，其在CN104302473A中公開了采用射流噴網(wǎng)非織造織物形成口罩外層，該射流噴網(wǎng)非織造織物包含竹纖維和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）基纖維中的至少一種，并在外層包含過敏原鈍化劑，從而使該口罩表現(xiàn)出良好的透氣性和耐候性，甚至可鈍化過敏原，從而表現(xiàn)出抗過敏、抗細(xì)菌和抗病毒作用。合肥巧織紡織科技有限公司在CN108936891A中公開了其研發(fā)的一種除螨抗菌無紡布醫(yī)用口罩，將棉纖維和1/3殼聚糖纖維水溶液通過鋪網(wǎng)機平鋪成網(wǎng)，進行水刺，得到的棉纖維用于口罩內(nèi)層，能夠提高口罩的舒適度和抗菌性，避免呼吸和皮膚產(chǎn)生的細(xì)菌在口罩內(nèi)表面滋生和堆積，同時增強透氣性，避免產(chǎn)生悶熱感；將亞麻纖維、2/3殼聚糖纖維、棉纖維、銅氨纖維和銀—聚氨酯纖維混合后置于千里光提取液中，使口罩無紡布成為一個整體結(jié)構(gòu)，避免傳統(tǒng)口罩各層之間留有的空隙造成的病菌殘留，多種纖維進行混合，能夠提高口罩的透氣性、柔軟性和抗菌性，增強口罩的實用性。

3 結(jié)語

綜上所述，對于普通民眾，推薦使用醫(yī)用外科口罩以預(yù)防新型冠狀病毒感染。而對于醫(yī)務(wù)工作者和重點疫區(qū)工作人員，建議采用N95級的醫(yī)用防護口罩，從而有效保護生命安全和身體健康。

目前針對醫(yī)用防護口罩性能的改善主要從面體材料和口罩立體結(jié)構(gòu)2方面開展。通過在殺菌層引入不同的抗菌抑菌成分，可以有效提升醫(yī)用防護口罩的抗菌性能；引入光觸媒技術(shù)，通過在棉紗層間填充光觸媒納米粉末，以實現(xiàn)有效殺滅細(xì)菌、病毒、除異味等多種功能。同時，中藥作為我國的國粹，也被廣泛應(yīng)用在提高醫(yī)用防護口罩的抗菌性能上。射流噴網(wǎng)、纖維熔噴、藥液浸漬、噴涂等多種工藝手段也被大量用于醫(yī)用防護口罩的制備技術(shù)中。

未來醫(yī)用防護口罩行業(yè)的發(fā)展趨勢仍然在于進一步提高其防護性和舒適性，隨著抗菌技術(shù)和紡織技術(shù)的不斷發(fā)展，新型抗菌材料和先進制備技術(shù)也將在醫(yī)用防護口罩行業(yè)得到更充分的應(yīng)用，并推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。疫情的發(fā)生可以看作是促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的催化劑，業(yè)內(nèi)人員應(yīng)充分利用此次機遇，通過加大研發(fā)投入等手段，快速實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)的升級換代，促進該領(lǐng)域技術(shù)的進一步發(fā)展。

注：第二作者對本文貢獻(xiàn)等同于第一作者。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓玲，馬英博，胡夢緣，等.國內(nèi)外醫(yī)用口罩防護指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)對比[J].西安工程大學(xué)學(xué)報，2020，34（2）：1—7.

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