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【武漢肺炎】自製重用口罩最好的物料,科學家這樣說…

2020/4/28 — 15:19

口罩無疑是武漢肺炎 (COVID-19) 疫情中一個重要預防工具,但千金難買一口罩,再加上一次性外科手術口罩對環境的破壞遠超所想,很多人都會用布料自製口罩。

問題卻是:到底哪種布料最好?是否應如外科手術口罩一樣,要用不同物料縫製呢?

美國阿貢國家實驗室 (Argonne National Laboratory) 與芝加哥大學的研究團隊在最新刊於 ACS Nano 的研究中,分析多種布料包括棉、絲綢、雪紡、法蘭絨、各種合成纖維的物理性和靜電過濾能力。團隊發現多層、混合使用不同布料最適合過濾微粒甚至是氣溶膠 (aerosol) ,但不貼合的口罩將會失去其原本過濾效果。

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團隊以以下這個設計,將空氣中的氣溶膠困在氣溶膠混合室中,然後在 PVC 管的另一端固定要測些的布料,以了解有多少氣溶膠可穿過這些布料。

Credit: Knoda, A. & et al. (2020).

Credit: Knoda, A. & et al. (2020).

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團隊測試了約 10 納米至 10 微米大小的微粒。正如在我之前的文章寫過 1 微米 (micrometer, ㎛) 等於 0.001 毫米, 1 納米 (nanometer, nm) 則等於 0.001 微米。一粒幼沙直徑約為 90 微米,一條人類頭髮則約為 50–70 微米,灰塵、花粉等則通常為 PM10 ,即 10 微米大,所以要起碼五粒 PM10 才等於一條頭髮的直徑, PM2.5 則通常來自汽車、工廠排出的金屬與有機物,至少 4 粒才等於一粒 PM10 的直徑,而絕大部份冠狀病毒已知直徑則約為 80–120 微米。

要留意的是,研究所用的微粒並非實際致病的冠狀病毒,而氣溶膠是否 COVID-19 的傳播媒介仍有很多爭議,但至少從這個研究中我們可以知道布料有無能力過濾相似大小(甚至更小)的微粒。

團隊最終發現,使用棉、絲綢、雪紡、法蘭絨等的單層物料只能過濾約 50% 以上的 10 納米至 6 微米微粒,而密度越高的物料則有越高的過濾能力;多層混合的布料能夠過濾大多數微粒,例如棉+絲、棉+雪紡、棉+法蘭絨的過濾率都對 300 納米以下微粒有高過 80% 的過濾能力,對 300 納米以上則有高過 90% 過濾能力。

團隊就推斷單一物料只能物理性過濾到微粒,所以物料越密能過濾到的微粒就越多。相反,多重物料則有物理和靜電兩種過濾能力,令口罩過有效過濾微粒——當兩種物料輕微磨擦下就已經會產生靜電,而絲、雪紡等的物料都比棉更易產生靜電,可將氣溶膠等微粒保持在靜態環境中不被吸入。

不過,團隊強調就算無正確戴好口罩,又或口罩並不貼服,再好的口罩都無法有效過濾微粒:在實驗的後半部分,團隊在所測試的布料上戳孔,模擬不正壓戴口罩造成的空隙,令過濾能力減少 60% 以上。當然,如果你並非「熟手技工」就不要胡亂自家製口罩,還是用回符合各標準的外科手術口罩,亦應盡量到避免人多擠逼的地方、與朋友聚餐等,記得保持雙手清潔,免受 SARS-CoV-2 侵襲!

報告:
Konda, A., Prakash, A., Moss, G.A. & et al. (2020). Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks. ACS Nano published 24 April 2020. doi: 10.1021/acsnano.0c03252

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