北京化工大学陈建峰院士团队：面向新冠病毒肺炎疫情的高性能可重复使用平面口罩的制备丨Engineering
北京化工大学陈建峰院士团队：面向新冠病毒肺炎疫情的高性能可重复使用平面口罩的制备丨Engineering
engineering2015
《Engineering》是中国工程院院刊主刊，2015年创刊，中英文双语出版，全文开放获取，目标是建设世界一流工程科技综合性权威期刊，报道全球工程前沿，促进工程科技进步，服务社会、造福人类。
引言
新冠病毒肺炎（COVID-19）疫情已导致全球对口罩的需求激增。然而，口罩的大量消耗也引起人们对环境污染和资源浪费问题的担忧。因此，北京化工大学陈建峰院士团队制备了一种基于聚丙烯熔喷布（mb-PP）的高性能可重复使用平面口罩，并测试了6种常用消毒方法和口罩佩戴时长对其可重复使用性能的影响。研究结果表明，使用其中最易行的消毒方法（70 ℃热水浸泡30 min）进行三个消毒循环处理后，口罩的颗粒过滤效率（PFE）几乎不变。进一步研究表明，对于佩戴时长累计达24 h并经三次热水消毒法处理后的口罩，其PFE仍高达91.3%，平均细菌检出菌落数和真菌检出菌落数分别为9.2 CFU∙g −1 和51.6 CFU∙g −1 ，未检出大肠杆菌和化脓性致病菌，口罩的PFE和微生物指标均优于《可重复使用民用口罩》的团体标准（T/B JFX 0001—2020）。此外，纹影摄影技术对在佩戴口罩过程中气流散播范围的研究也表明，经佩戴和消毒处理后的可重复使用口罩仍可高效降低呼出气体的散播范围。
2019年新冠病毒肺炎（COVID-19）疫情的传播在全世界范围对人们生活的几乎从各个方面都造成了巨大的破坏 。截至2021年9月29日，在超过220个国家和地区已有接近2.32亿例的确诊病例。此外，新增确诊病例最近达到每天约50万例。世界卫生组织（WHO）已正式宣布COVID-19的暴发是一场全球突发卫生事件。最近一种新的COVID-19变异株被英国学者发现，初步分析表明与原始菌株相比，该变异株可能更易在人群间传播。 这场疫情让许多国家的医疗体系面临着巨大挑战 。
由于病毒通常可借助直径小于5 μm（细）或大于5 μm（粗）的短程气溶胶和液滴来传播， 佩戴口罩已成为应对COVID-19疫情最常见的措施 。因此达到标准要求的口罩已成为各国民众的必需防护用品。口罩需求的激增导致了全球供应和原材料的短缺，同时大多数口罩被设计为一次性使用，其过滤层使用了聚丙烯（PP），一种在填埋场中需要几十年才能降解的热塑性塑料。 大规模生产和处置一次性口罩不仅会因为病原体在口罩上积累可能损害口罩的防护效果，带来二次传播的风险，还会因为大多数口罩的主要成分都是来源于石化产品，增加人们对资源和环境问题的日益担忧 。
提高人们现有口罩的可重复使用性是一种便捷、低成本、低能耗的策略，可以部分地缓解口罩短缺的问题，同时降低了因大量使用一次性口罩所带来的环境问题。基于此， 北京化工大学陈建峰院士团队提出了平面口罩消毒后可重复使用性能的问题 。 研究人员利用复合了有机和无机驻极剂的新型熔喷聚丙烯（mb-PP）复合材料来制造了一种高性能平面口罩，并研究了多种常用消毒方法和佩戴使用时长对口罩颗粒过滤效率（PFE）和过滤阻力（RAP）的影响 （图1）。
图1. 新口罩和消毒处理后口罩的PFE（a）和微生物指标（b）。（a）新口罩和佩戴24 h然后用70 ℃热水消毒30 min并循环处理三次后的PFE。PFE是在30 L∙min −1 的空气流速下测量的。（b）消毒处理后口罩的微生物指标。*： p < 0.05；**： p < 0.001。
本研究制备的聚丙烯基的高性能可重复使用平面口罩，其PFE和微生物指标均优于可重复使用民用口罩标准的要求 。此外，该口罩还可有效限制呼出气体的传播距离。因此，目前生产的口罩性能优良且可重复使用，如果能有效使用，将在一定程度上解决口罩短缺问题，同时还可以减少一次性口罩的消费量。
但是，研究人员特别强调，并 不建议把可重复使用平面口罩作为一次性外科口罩使用，特别是在高危人群（如上呼吸道感染者）中，或高风险地区（如在医疗机构就诊时） 。此外， 尤其是在COVID-19疫情暴发期间或在其他通过飞沫或气溶胶等途径传播感染的疾病暴发期间，不建议将可重复使用平面口罩代替一次性外科口罩使用 。
关键词： 口罩；重复使用；颗粒过滤效率；消毒；纹影摄影术
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原文链接：http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2021.07.022
以上内容来自：Shui Hu, Hongchi Tian, Shijia Zhang, Dan Wang, Guozhuo Gong, Weihua Yue, Keyang Liu, Song Hong, Rui Wang, Qingqing Yuan, Yonglai Lu, Dong Wang, Liqun Zhang, Jianfeng Chen. Fabrication of a High-Performance and Reusable Planar Face Mask in Response to the COVID-19 Pandemic [J]. Engineering, 2022, 9(2): 101-110.
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