掃描電鏡圖解分析—哪種口罩能保護好您和家人？

通過掃描電鏡結果告訴我們，N95口罩與醫用外科口罩均具有核心過濾層--熔噴無紡布，均可以起到良好的防護作用。

99% 的讀者，如非武漢區域，對于日常防護，醫用外科口罩完全夠用，一次性醫用口罩或醫用護理口罩可作為備選。1% 來自武漢疫區或需要貼身接觸病人的讀者，建議使用 N95 級口罩。

1. 哪種口罩能防病毒？

現在市面上能買到的口罩有：

• 醫用 N95 級口罩（醫用防護口罩）

• 常規 N95 級口罩（國標 KN95 口罩）

• 醫用外科口罩

• KN90 級口罩

• 醫用口罩或醫用護理口罩

• 一次性口罩

• 活性炭口罩

• 明星防狗仔口罩

• 純棉布或紗布口罩
  

在這些口罩里，專家建議：盡量選擇醫用外科口罩，N95 級口罩（等同國標 KN95，常規，醫用均可），可以起到良好的防病毒的作用。而我們在測試過程中發現，某些 KN90 級口罩也具有有效的核心過濾層，應當也可以起到類似醫用外科口罩的過濾效果。

N95是美國國家職業安全與健康研究所（NIOSH）最早提出的標準，“N”是指“不適合油性顆粒物”，“95”是指在 NIOSH 標準規定的檢測條件下，對 0.3 微米顆粒的阻隔率須達到 95% 以上。因此，N95 不是特定的產品名稱，而是一種標準，只要通過 NIOSH 審查并達到這個標準的口罩都可以稱為“N95”，與 N95 口罩等效的國內標準口罩為 KN95。

請注意：醫用外科口罩不同于一般的醫用口罩，在名稱中，有“外科”兩個字。兩者從外表看，沒有太大區別，但是，防護標準并不相同。醫用外科口罩執行是 YY 0469-2011 《醫用外科口罩技術要求》，比普通醫用口罩的防護效果會更好一些。

2. 為什么醫用外科口罩和 N95 級口罩可以防病毒？借助掃描電鏡放大千倍一探究竟

醫用外科口罩，一般分成三層：（內層）吸濕層、（中層）核心過濾層、和（外層）阻水層。

N95 級別口罩，結構上做了優化：（中層）核心過濾過濾層層數更多了，厚度更厚了；更有廠商（3M，霍尼韋爾等）會通過靜電處理增強纖維過濾能力，防護性能要更好一些。

醫用外科口罩結構示意圖

N95 級別口罩結構示意圖
（圖片來源于霍尼韋爾，如侵權請通知刪除）

為什么這兩種口罩可以有效防病毒？關鍵在于他們中層核心過濾層均由一種特殊的材料構成，這層材料稱為熔噴無紡布，或簡稱為熔噴布。熔噴布是一種以聚丙烯為材料，由許多縱橫交錯的纖維以隨機方向層疊而成的膜，纖維直徑范圍 0.5~10 微米。

下圖為飛納臺式掃描電鏡拍攝的熔噴布結構照片。

有同學看到圖片會擔憂了，熔噴布空隙這么大，是怎么過濾環境中的病毒的呢？雖然新型冠狀病毒尺寸很小，在 100 納米（0.1 微米）左右，但是病毒無法獨立存在，其傳播途徑主要有分泌物和打噴嚏時的飛沫，飛沫的大小在 5 微米左右，這是其一，第二，熔噴布本質上是一種纖維過濾器，通過多種過濾機制實現對飛沫等顆粒的過濾，我們看到纖維空隙可以起到'篩（ Sieving ）'的作用，但'篩'只是最基本的相互作用之一。根據飛沫顆粒的大小和氣流速度，纖維通過多種機制捕捉含病毒飛沫：

1. 慣性碰撞  ( Inertial Impaction ）–發生在大顆粒身上，存在較大的慣性的顆粒遇到過濾纖維時。
示意圖所示：大顆粒由于其慣性而無法改變流向，因此會撞擊纖維并附著在纖維上。

2. 攔截 ( Interception ) -發生在當顆粒沿著氣流運動，碰巧與纖維表面接觸時。
示意圖所示：容易跟隨氣流的移動的中等尺寸顆粒與過濾纖維接觸，被纖維攔截。

3. 擴散 ( Diffusion ) -發生在當粒子尺度極小時，不按照氣體方向流動，而是受隨機粒子運動（小粒子的布朗運動）控制時
示意圖所示：小顆粒（例如氣溶膠）做布朗運動，運動方向脫離氣流方向，隨機運動，碰到纖維時被吸附。

4. 靜電吸引 (Electrostatic Attraction ) –發生在纖維上存在靜電荷時。
示意圖所示：纖維上的靜電荷對顆粒會產生靜電粘附。

而要發生這些相互作用，要求纖維的直徑要盡量細，而熔噴布纖維直徑在 0.5-10 微米之間，比表面積大，排列致密高，過濾性能好。在醫用外科口罩與 N95 口罩中均使用了熔噴布作為核心過濾層，所以對含病毒的飛沫或氣凝膠均具有良好的過濾效果。

纖維過濾機理示意圖
（圖片來源于網絡，如有侵權請通知刪除）

3. 為什么倡議大家不要過度追求 N95？

國家衛健委高級別專家組組長鐘南山院士在接受央視《新聞1+1》采訪時提醒大家，實際上普通人日常生活中的防護，不一定非要戴 N95 口罩，一般的醫用型防護口罩，是能阻擋大部分帶有病毒的飛沫進入呼吸道的，在公共場合也就夠用了。N95 口罩是在近距離面對患者時所使用的，比如醫護人員每天在為患者診斷治療，得戴著這個，幾個小時換一下。所以大家不必因為恐慌心理而囤積 N95 口罩。畢竟當前是困難時期。

而過度消耗 N95 口罩會過快消耗熔噴布資源，引起更嚴重的外科口罩緊缺。援引科技日報的報道，專家介紹，醫用外科口罩熔噴布一般選用 20 克重，而 N95 口罩往往會用到 40 克重，甚至更高。

我們通過掃描電鏡，對比了 N95 口罩和醫用外科口罩的截面圖，掃描電鏡圖片可以清晰看出，外科口罩的熔噴布厚度為 156 微米，而 N95 級口罩的熔噴布層厚度為 521 微米，是外科口罩的 3 倍 。

醫用外科口罩截面圖

N95 口罩截面圖

“ 援引中國日報的報道，河南新鄉的口罩廠負責人表示，熔噴布目前一噸價格上漲了近萬元。”

在物資充足的情況下，選用 N95 口罩自然沒有問題，但 1 個 N95 口罩會消耗 3-4 個外科口罩的原料，在當前春節剛剛復工，原材料緊缺的背景下，我們呼吁讀者遵守鐘南山院士的倡議，減少 N95 口罩的消耗，把 N95 口罩留給真正需要的醫護人員和疫區的同胞們，把生產資源留給外科口罩。

參考資源

[1] N95 口罩供應告急，這四條生產線正 24 小時不間斷生產口罩濾材，科技日報
[2] R. S. Barhate, S. Ramakrishna, Journal of Membrane Science 2007, 296, 1.
[3] 藥店電商都缺貨 口罩去哪兒了？，中國日報