扫描电镜图解哪种口罩能保护好您和家人 —— 倡议群众合理使用口罩资源

现在市面上能买到的口罩有：

● 医用 N95 级口罩（医用防护口罩）

● 常规 N95 级口罩（国标 KN95 口罩）

● 医用外科口罩

● KN90 级口罩

● 医用口罩或医用护理口罩

● 一次性口罩

● 活性炭口罩

● 明星防狗仔口罩

● 纯棉布或纱布口罩

在这些口罩里，专家建议：尽量选择医用外科口罩，N95 级口罩（等同国标 KN95，常规，医用均可），可以起到良好的防病毒的作用。而我们在测试过程中发现，某些 KN90 级口罩也具有有效的核心过滤层，应当也可以起到类似医用外科口罩的过滤效果。

医用外科口罩，一般分成三层：（内层）吸湿层、（中层）核心过滤层、和（外层）阻水层。

N95 级别口罩，结构上做了优化：（中层）核心过滤过滤层层数更多了，厚度更厚了；更有厂商（3M，霍尼韦尔等）会通过静电处理增强纤维过滤能力，防护性能要更好一些。

医用外科口罩结构示意图

（图片来源于网络，如侵权请通知删除） 

N95 级别口罩结构示意图

（图片来源于霍尼韦尔，如侵权请通知删除）

为什么这两种口罩可以有效防病毒？关键在于他们中层核心过滤层均由一种特殊的材料构成，这层材料称为熔喷无纺布，或简称为熔喷布。熔喷布是一种以聚丙烯为材料，由许多纵横交错的纤维以随机方向层叠而成的膜，纤维直径范围 0.5~10 微米。

下图为飞纳台式扫描电镜拍摄的熔喷布结构照片。

有同学看到图片会担忧了，熔喷布空隙这么大，是怎么过滤环境中的病毒的呢？虽然新型冠状病毒尺寸很小，在 100 纳米（0.1 微米）左右，但是病毒无法独立存在，其传播途径主要有分泌物和打喷嚏时的飞沫，飞沫的大小在 5 微米左右，这是其一，第二，熔喷布本质上是一种纤维过滤器，通过多种过滤机制实现对飞沫等颗粒的过滤，我们看到纤维空隙可以起到'筛（ Sieving ）'的作用，但'筛'只是最基本的相互作用之一。根据飞沫颗粒的大小和气流速度，纤维通过多种机制捕捉含病毒飞沫： 

• 惯性碰撞  ( Inertial Impaction ）–发生在大颗粒身上，存在较大的惯性的颗粒遇到过滤纤维时。

  示意图所示：大颗粒由于其惯性而无法改变流向，因此会撞击纤维并附着在纤维上。

  
  

• 拦截 ( Interception ) -发生在当颗粒沿着气流运动，碰巧与纤维表面接触时。

  示意图所示：容易跟随气流的移动的中等尺寸颗粒与过滤纤维接触，被纤维拦截。

  
  

• 扩散 ( Diffusion ) -发生在当粒子尺度极小时，不按照气体方向流动，而是受随机粒子运动（小粒子的布朗运动）控制时

  示意图所示：小颗粒（例如气溶胶）做布朗运动，运动方向脱离气流方向，随机运动，碰到纤维时被吸附。

  
  

• 静电吸引 (Electrostatic Attraction ) –发生在纤维上存在静电荷时。

  示意图所示：纤维上的静电荷对颗粒会产生静电粘附。

而要发生这些相互作用，要求纤维的直径要尽量细，而熔喷布纤维直径在 0.5-10 微米之间，比表面积大，排列致密高，过滤性能好。在医用外科口罩与 N95 口罩中均使用了熔喷布作为核心过滤层，所以对含病毒的飞沫或气凝胶均具有良好的过滤效果。

纤维过滤机理示意图

（图片来源于网络，如有侵权请通知删除）

国家卫健委高级别专家组组长钟南山院士在接受央视《新闻1+1》采访时提醒大家，实际上普通人日常生活中的防护，不一定非要戴 N95 口罩，一般的医用型防护口罩，是能阻挡大部分带有病毒的飞沫进入呼吸道的，在公共场合也就够用了。N95 口罩是在近距离面对患者时所使用的，比如医护人员每天在为患者诊断治疗，得戴着这个，几个小时换一下。所以大家不必因为恐慌心理而囤积 N95 口罩。毕竟当前是困难时期。

而过度消耗 N95 口罩会过快消耗熔喷布资源，引起更严重的外科口罩紧缺。援引科技日报的报道，专家介绍，医用外科口罩熔喷布一般选用 20 克重，而 N95 口罩往往会用到 40 克重，甚至更高。

我们通过飞纳台式扫描电镜，对比了 N95 口罩和医用外科口罩的截面图，扫描电镜图片可以清晰看出，外科口罩的熔喷布厚度为 156 微米，而 N95 级口罩的熔喷布层厚度为 521 微米，是外科口罩的 3 倍 。

医用外科口罩截面图

N95 口罩截面图

在物资充足的情况下，选用 N95 口罩自然没有问题，但 1 个 N95 口罩会消耗 3-4 个外科口罩的原料，在当前春节刚刚复工，原材料紧缺的背景下，我们呼吁读者遵守钟南山院士的倡议，减少 N95 口罩的消耗，把 N95 口罩留给真正需要的医护人员和疫区的同胞们，把生产资源留给外科口罩。