基于自制檢測(cè)裝置的口罩防護(hù)效果探究

黃雪琪 劉付恒 林臻

朱朝義 中學(xué)正高級(jí)教師，中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)中小學(xué)創(chuàng)造教育分會(huì)常務(wù)理事，湖南省優(yōu)秀科技工作者，《發(fā)明與創(chuàng)新》專家團(tuán)專家。

一、研究背景

生活中，很多人佩戴口罩的方式都不規(guī)范，本次研究通過(guò)自制實(shí)驗(yàn)裝置探究了不同條件下不同口罩的防護(hù)效果，以提高人們的防護(hù)意識(shí)，培養(yǎng)正確佩戴口罩的習(xí)慣，并為居民日常選購(gòu)口罩提供科學(xué)的指導(dǎo)。

二、實(shí)驗(yàn)材料

自制檢測(cè)裝置：真空罐、鏤空墊片、閥桿、延長(zhǎng)管、圓柱架、抽氣槍。

實(shí)驗(yàn)儀器：微生物恒溫培養(yǎng)箱。

材料：營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)皿、五種不同的口罩。

三、研究過(guò)程

1. 自制口罩過(guò)濾檢測(cè)裝置

（1）根據(jù)延長(zhǎng)管的直徑，在圓柱架的一端用小刀劃出一個(gè)約1.5 cm×1.5 cm大小的缺口，使延長(zhǎng)管可以通過(guò)。

（2）將真空罐上的閥桿向上提起，保證氣流暢通，接入延長(zhǎng)管。將真空罐罐口朝上放置在圓柱架上，延長(zhǎng)管沿圓柱架自然向下，從圓柱架下端缺口伸出，連接抽氣槍。

（3）將鏤空墊片作為瓊脂培養(yǎng)皿支架置于真空罐內(nèi)，使其與地面平行且保持穩(wěn)定。用膠水將墊片與真空罐連接處粘好。

（4）罐內(nèi)消毒：使用75%酒精對(duì)罐體內(nèi)部、鏤空墊片進(jìn)行消毒。

2.探究不同類型口罩的細(xì)菌過(guò)濾效率

（1）采樣

在瓊脂培養(yǎng)皿底部標(biāo)記待測(cè)口罩編號(hào)，將其置于鏤空墊片上，取下皿蓋，將皿蓋倒扣在桌面上。用待測(cè)口罩（醫(yī)用外科口罩、一次性醫(yī)用口罩、普通口罩、帶呼吸閥的N95口罩、不帶呼吸閥的N95口罩）包住真空罐罐口，并用橡皮筋扎緊（該過(guò)程應(yīng)迅速，避免瓊脂培養(yǎng)皿與空氣中的微生物接觸）。以每秒一次的速度勻速抽拉抽氣槍，共采樣10 min。

（2）空白對(duì)照組采樣

將罐內(nèi)消毒后，在瓊脂培養(yǎng)皿底部標(biāo)記CK，置于鏤空墊片上，取下皿蓋，倒扣在桌面上。真空罐罐口不覆蓋口罩，以每秒一次的速度勻速抽拉抽氣槍，共采樣10 min。

（3）培養(yǎng)與觀察

取下口罩并立即蓋好皿蓋，用封口膜封好。于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)48～72 h后取出觀察結(jié)果，計(jì)算不同培養(yǎng)皿中出現(xiàn)的菌落總個(gè)數(shù)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。

（4）計(jì)算細(xì)菌過(guò)濾效率

計(jì)算每個(gè)培養(yǎng)皿所代表的口罩細(xì)菌過(guò)濾效率。計(jì)算公式為：細(xì)菌過(guò)濾效率（%）＝（C-T）/C×100%（其中C為對(duì)照組的細(xì)菌菌落數(shù)目，T為經(jīng)口罩過(guò)濾后的細(xì)菌菌落數(shù)目）。

3.探究不同口罩?jǐn)?shù)量對(duì)細(xì)菌過(guò)濾效率的影響

分別取1個(gè)一次性醫(yī)用口罩、2個(gè)一次性醫(yī)用口罩、3個(gè)一次性醫(yī)用口罩，按照實(shí)驗(yàn)2的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4.探究不同環(huán)境對(duì)口罩細(xì)菌過(guò)濾效率的影響

取一次性醫(yī)用口罩分別在實(shí)驗(yàn)室、天臺(tái)、電梯間、客廳、衛(wèi)生間，按照實(shí)驗(yàn)2的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

5.探究不同佩戴習(xí)慣對(duì)口罩細(xì)菌過(guò)濾效率的影響

取一次性醫(yī)用口罩，分別在正常佩戴、佩戴不嚴(yán)、正常佩戴5 min后摘下再次佩戴三種條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)2的步驟并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

6.數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2016和SPSS 24對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，采用方差分析評(píng)價(jià)不同實(shí)驗(yàn)條件下口罩的防護(hù)效果是否有顯著性差異。

四、結(jié)果與分析

1.不同類型口罩防護(hù)效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)

根據(jù)口罩防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)可知，不同類型口罩的防護(hù)效果存在差異，一般來(lái)說(shuō)為：N95防護(hù)口罩>醫(yī)用口罩>普通口罩。

實(shí)驗(yàn)中采集到如表1所示的數(shù)據(jù)。通過(guò)方差分析可知，不同類型口罩的防護(hù)效率存在顯著性差異（p＜0.05），具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。從表1可知，N95口罩的防護(hù)效率顯著高于醫(yī)用口罩，醫(yī)用口罩的防護(hù)效率顯著高于普通口罩，且除了普通口罩以外，其他4種口罩的防護(hù)效率均達(dá)到90%以上。

2.口罩?jǐn)?shù)量對(duì)防護(hù)效果影響的實(shí)驗(yàn)

由實(shí)驗(yàn)前的簡(jiǎn)單定性推理可知，相同情況下，口罩?jǐn)?shù)量越多，飛沫需要穿過(guò)的口罩層數(shù)越多，細(xì)菌越難透過(guò)口罩，防護(hù)效果越好。

實(shí)驗(yàn)中采集到的數(shù)據(jù)如表2所示，通過(guò)方差分析，口罩?jǐn)?shù)量為2個(gè)和3個(gè)時(shí)，與口罩?jǐn)?shù)量為1個(gè)時(shí)的防護(hù)效率存在顯著性差異（p＜0.05），而2個(gè)口罩的防護(hù)效率與3個(gè)口罩的防護(hù)效率無(wú)顯著性差異，因此沒(méi)有必要佩戴3個(gè)或3個(gè)以上的口罩。

3.不同環(huán)境對(duì)口罩防護(hù)效果的影響

通過(guò)方差分析可知，在不同環(huán)境下，一次性醫(yī)用口罩的防護(hù)效率具有顯著性差異（p＜0.05），其中在電梯間的防護(hù)效率最低，側(cè)面反映了電梯內(nèi)細(xì)菌數(shù)量較多，說(shuō)明乘坐電梯時(shí)佩戴口罩的必要性。在不同環(huán)境下口罩的防護(hù)效率均達(dá)到90%以上，這說(shuō)明一次性醫(yī)用口罩具有較好的環(huán)境普適性，在不同環(huán)境下均能較好地保護(hù)人們。

4.不同佩戴方式對(duì)口罩防護(hù)效果的影響

實(shí)驗(yàn)中對(duì)口罩佩戴不嚴(yán)、中途摘口罩兩種不良的佩戴習(xí)慣進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。通過(guò)方差分析發(fā)現(xiàn)，不同佩戴方式下的口罩防護(hù)效率具有顯著性差異（p＜0.01），結(jié)合表4可知：不良的佩戴習(xí)慣會(huì)導(dǎo)致口罩的防護(hù)效果嚴(yán)重下降，在日常使用中這種情況很有可能導(dǎo)致防護(hù)的失效。中途摘口罩會(huì)導(dǎo)致口罩防護(hù)效果降低約一半，口罩佩戴不嚴(yán)則會(huì)導(dǎo)致口罩防護(hù)效果降低到原來(lái)的約三分之一。

五、結(jié)論

1.不同品牌、類型的口罩存在防護(hù)效果上的差異。細(xì)菌過(guò)濾效果最好的是不帶呼吸閥的N95口罩，其次是帶呼吸閥的N95口罩、醫(yī)用外科口罩和一次性醫(yī)用口罩，過(guò)濾效果最差的是普通口罩。在日常選購(gòu)中要盡量選擇防護(hù)效果較好的口罩。

2.一次性醫(yī)用口罩?jǐn)?shù)量為2個(gè)時(shí)的防護(hù)效率與數(shù)量為3個(gè)時(shí)的防護(hù)效率無(wú)顯著性差異，因此沒(méi)有必要佩戴3個(gè)或3個(gè)以上的口罩。在需要加強(qiáng)防護(hù)時(shí)，可同時(shí)佩戴2個(gè)口罩。

3.在不同環(huán)境下，一次性醫(yī)用口罩的防護(hù)效率均達(dá)到90%以上，這說(shuō)明一次性醫(yī)用口罩具有較好的環(huán)境普適性，在不同環(huán)境下均能較好地保護(hù)人們，也說(shuō)明在不同環(huán)境下佩戴口罩的必要性。

4.不良的佩戴習(xí)慣會(huì)嚴(yán)重影響口罩的防護(hù)效果。因此，只有正確地佩戴口罩才能起到良好的防護(hù)效果。（指導(dǎo)老師：趙曉東? ?李芳）

專家點(diǎn)評(píng)

目前，口罩成為個(gè)人日常防護(hù)的必需品。本實(shí)驗(yàn)從這一生活現(xiàn)象出發(fā)，自制檢測(cè)裝置，分別從口罩的類型、數(shù)量、使用環(huán)境和使用習(xí)慣對(duì)細(xì)菌的過(guò)濾效率等方面評(píng)價(jià)其防護(hù)效果，體現(xiàn)了作者較強(qiáng)的科學(xué)素養(yǎng)。

建議實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更科學(xué)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論更嚴(yán)謹(jǐn)。如采樣時(shí)間選擇抽氣10 min的依據(jù)應(yīng)該是通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)后確定的，如果菌落密度過(guò)大，則應(yīng)該減少抽氣時(shí)間，否則應(yīng)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間。而對(duì)“口罩使用環(huán)境”這一自變量，考慮到情況復(fù)雜，各種無(wú)關(guān)變量較多，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)更加完善，不能輕易得出結(jié)論。