科学家用低成本方法测试不同材质口罩的功效

随着COVID-19疫情的不断蔓延，口罩在世界许多地方已经成为强制性的公共卫生必需品。随着手术口罩和N95口罩的供应量不断减少，这些口罩理所当然地被转移到了医疗环境中，普通公众在外出时，往往会被敦促使用任何可以遮盖面部的东西。

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理想的情况是，自制的口罩应该有两到三层，但由于没有更好的东西，世界各地的许多卫生当局都建议使用围巾、头巾或颈部绒布等替代物。"一些专家主张：“任何口罩或遮盖物都比没有好。”

新研究的起源是来自杜克大学医学院的Eric Westman试图为一个帮助当地高危社区的非营利组织找出购买口罩。他很快意识到，市场上有很多产品，但没有测试过程来验证这些口罩的功效。“我们当时正试图决定批量购买哪种类型的口罩，而关于这些新材料的信息却很少，”Westman说。

于是，Westman向他的同事Martin Fischer求助，他是杜克大学高级光成像和光谱学设施的主任。研究人员使用一些常见的实验室材料，都是市面上可以买到的，他们开发了一个廉价而简单的系统，以测试不同的口罩材料在正常说话时如何有效地阻止飞沫。

“我们希望开发一种简单、低成本的方法，可以与社区中的其他人分享，以鼓励材料、口罩原型和配件的测试，”Fischer解释说。“测试仪器的部件是可获得的，并且易于组装，我们已经证明它们可以提供有关掩蔽效果的有用信息。”

作为测试新技术的概念验证，研究人员试用了一些常见的口罩和口罩替代品。测试中，一位戴着口罩的演讲者重复 “保持健康，各位”这句话十秒钟，同时激光照亮任何从口罩中射出的飞沫。

“我们证实，当人们说话时，小飞沫会被排出，所以疾病可以通过说话传播，而不需要咳嗽或打喷嚏，”Fischer说。“我们还可以看到，在阻挡排出的颗粒方面，一些口罩的表现比其他口罩好得多。”

不出所料，N95口罩能最有效地减少飞沫的传播，手术口罩则相对紧随其后。然而，大多数测试的自制棉质口罩都有很强的效果，阻挡飞沫排放的速度与手术口罩测试中看到的相差无几。

但不幸的是，并不是每一种口罩都能有效减少飞沫传播。针织品和头巾在减少飞沫传播方面明显较弱。但真正让研究人员感到惊讶的是测试围脖口罩的结果。

“'有总比没有好'的观念并不成立，”Westman在讨论围脖口罩测试结果时说。Westman说，通过围脖口罩发出的颗粒数量与完全不戴口罩的基线测试中看到的体积相似。

"我们认为这是由于绒布、纺织品将那些大颗粒分解成许多小颗粒。它们往往在空气中停留的时间更长，更容易在空气中被带走，"他解释说。

研究认为，戴这种口罩最终可能会适得其反，造成比不戴口罩更大的传播风险。但这一结论仍坚决是假设性的，研究并没有明确证明戴围脖口罩会加剧病毒传播。相反，该研究表明，常说的 "有总比没有好 "这句话可能并不正确。

需要注意的是，这类飞沫传播研究只调查了我们说话时从口中排出的飞沫的物理特性。到目前为止，还没有证据表明这些研究可以用来得出有关病毒传播的结论。

这项特殊研究的另一个局限性是，这种测试装置无法检测到最小的气溶胶颗粒。测试中使用的材料的共性，包括一个智能手机摄像头作为记录设备，意味着无法测量小的气溶胶液滴。虽然科学界还不清楚气溶胶排放是否是SARS-CoV-2传播的重要形式，但这种新颖的技术只是提供了关于什么样的口罩材料能有效减少较大的飞沫排放的数据。

在呼气阀方面，研究发现带呼气阀的N95口罩和非医用布口罩的飞沫排放差别不大。这说明带呼吸阀的N95口罩虽然可以保护佩戴者，但对佩戴者周围的人来说并不是特别安全，因为呼气阀会产生强烈的向外气流--这一发现最近在更新的CDC口罩指南中得到了回应，敦促不要佩戴带呼气阀的口罩。

Fischer建议还需要做更多的工作来了解在我们新的COVID-19现实中什么样的口罩是最佳的。在短期内，他希望杜克大学团队开发的这种简单的方法可以很容易地被口罩制造商所使用以测试他们正在开发的产品。

"这只是一个示范--还需要更多的工作来调查口罩以及人们如何佩戴口罩的变化--但它表明，这种测试可以很容易地由企业和其他为员工或顾客提供口罩的企业进行，"Fischer说。

这项新研究发表在《科学进展》杂志上。