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OPTON微观世界 | ZEISS 电镜观察口罩的内部构造

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华夏四大发明对世界进步产生的深远影响可谓是震撼寰宇,可是大家知道吗,最早开始使用‘口罩’的国家也是中国哦!古时候,宫廷里的人为了防止粉尘和口气污染便用丝巾遮盖口鼻,这就是最原始的口罩啦。经过漫长的发展与演变,到20世纪中后期,口罩变成现在常见的样子,在预防和阻断病毒传播方面发挥着关键作用。下面我们一起了解下口罩吧!

口罩根据用途不同可分为以下几类:
棉布口罩:棉布口罩的主要功能在于防寒保暖,避免冷空气直接刺激呼吸道,透气性好,但几乎没有防尘防菌效果,见图1(a);
活性炭口罩:在口罩夹层内加入活性炭,活性炭吸附能力很强,能够有效防有毒性气体及灰尘,见图1(b);
防尘口罩:防止或减少空气中粉尘进入人体呼吸器官,见图1(c);
医用一次性口罩:材质为无纺布,可以有效防止人口鼻喷溅出来的飞沫造成的病菌感染,见图1(d);
N95型口罩:用于职业性呼吸防护,过滤效率达到95%,包括某些微生物颗粒,如病毒、细菌、霉菌、炭疽杆菌、结核杆菌等,见图1(e);

 

 

图1 几种口罩外形对比 (a)棉布口罩;(b)活性炭口罩;(c)防尘口罩;(d)一次性医用口罩;(e)N95型口罩


上述口罩中,医用一次性口罩与N95型口罩均能起到防病毒的效果,那么它们防控病毒的机理是怎么样的呢,下面我们用ZEISS的EVO10电镜来一探究竟(图2)。

 

 

图2  ZEISS 钨灯丝EVO10


医用一次性口罩由三层组成:外层无纺布起阻隔液体作用;内层无纺布起隔湿作用;中间层过滤层由于其材料是熔喷无纺布又称为熔喷层,以聚丙烯为主要原料,纤维直径介于0.5-10 μm,这些随机方向分布的纤维使得过滤材料具有大的比表面积和高的孔隙率,从而使熔喷层具有很好空气过滤性(图2)。

 

 

图3 熔喷无纺布形貌 


N95医用口罩,是NIOSH(美国国家职业安全卫生研究所)认证的9种防颗粒物口罩中的一种。“N”指的是不适合油性的颗粒,“95”是指在NIOSH标准规定的检测条件下过滤效率达到95%。那么问题来了,N95口罩有什么特别之处使得其过滤效率能够达到95%呢。
与医用一次性口罩相同,N95口罩也有三层结构且成分对应一致,不同之处在于它的熔喷层厚度更厚,过滤层数更多,因此过滤效果及防护性能更好。我们利用ZEISS的EVO10来对比这两种口罩熔喷层平面及截面厚度差异。

 

图4 一次性医用口罩(a)、(b)与N95口罩(c)、(d)平面及截面对比


病毒无法独立存在,需要依附在飞沫上,其传播途径主要为直接传播、气溶胶传播和接触传播。直接传播是指患者喷嚏、咳嗽、飞沫、呼出气体近距离直接吸入导致的感染;气溶胶传播是指飞沫混合在空气中,形成气溶胶,吸入后导致感染;接触传播是指飞沫沉积在物品表面,接触污染手后再接触口腔、鼻腔、眼睛等粘膜,导致感染。

从实验结果来看,不管是熔喷层厚度198μm的一次性医用口罩还是450μm的N95口罩都能对飞沫起到很好的阻隔作用。N95因其过滤效率达95%而成为医护人员的必备配置,但对于我们普通人来讲,一次性医用口罩不仅起到防护作用,且透气性好、质地轻盈柔软、价格低,还有蓝粉绿等多种好看的颜色可供选择哦。

 

 

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