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复工来临,口罩紧缺,口罩可以消毒处理之后重复使用吗?详解+电镜实验

仪器信息网 2020/02/09 12:06:06 点击 2142 次
[导读] 口罩是不是可以消毒处理后重复利用?在此尽力通过各种文献资料查阅和实验研究,给出尽量全面的解释。
目前新冠肺炎的情况还不是非常明朗,距离大家上班的日子越来越近。一旦复工,大量人口开始流动聚集,即使库存了一些口罩也会很快捉襟见肘,更别说有很多人目前还买不到口罩。那很多人都说,口罩是不是可以消毒处理之后,再重复利用呢?
另外自从我们上篇关于口罩的推文发出之后,很多人在后台留言说,现在口罩很难买,能否再次重复利用?也有人提出质疑说,用酒精消毒之后是不可以再重复利用的。针对大家的疑问,我们进行了调研和相关的试验研究。

随机截取了目前网上的一些主流观点:

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行业内的专家指出:酒精消毒之后,不建议使用,因为酒精消毒会使得病毒从飞沫中分离,且有可能被吸入。

更多的人认为,酒精消毒会破坏口罩微观结构,从而使得过滤效率降低。

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也有一些专家认为,通过实验证明,75%乙醇消毒处理之后,对口罩的过滤层影响非常弱。

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鉴于以上不同的观点,我们尽力通过各种文献资料查阅和实验研究,给出尽量全面的解释。
目前网上大家讨论比较热门的口罩消毒处理方式有:酒精消毒,高温消毒(沸水煮,水蒸气消毒,烤箱消毒,微波炉消毒),热风(吹风机)消毒,含氯消毒剂消毒,紫外线消毒等,我们就其中日常实施更方便的酒精消毒和高温消毒进行重点研究



酒精消毒对口罩影响的实验设计


实验目的:讨论酒精消毒后口罩的微观结构、吸附效果是否改变以及口罩是否可以继续使用。
实验手段:通过扫描电镜观察口罩微观结构。
实验方法如下:

01

将佩戴大约3个小时左右的KN90口罩不做任何处理,分别取其最外层(隔离层)内外表面、中间层(过滤层)内外表面、最内层(舒适层)内外表面共6组样本作为参照组。


02

将该口罩剪下一块放入75%的酒精中浸泡15分钟,自然晾干,分别取其最外层(隔离层)内外表面、中间层(过滤层)内外表面、最内层(舒适层)内外表面共6组样本作为实验组。

实验得到的数据如下:

处理1.png

1 酒精浸泡前后口罩隔离层外表面扫描电镜图片(基于日立SU8020冷场发射扫描电镜)

修正5.png

2 酒精浸泡前后口罩隔离层内表面扫描电镜图片

修正6.png

3 酒精浸泡前后口罩过滤层外表面扫描电镜图片

修正7.png

4 酒精浸泡前后口罩过滤层内表面扫描电镜图片

修正8.png

5 酒精浸泡前后口罩舒适层外表扫描电镜图片

修正9.png

6 酒精浸泡前后口罩适层内表面扫描电镜图片


第一部分得出的结论

01

熔喷无纺布层能起到很强的过滤作用

首先从原始参照组的扫描电镜图片中看,口罩不同层中出现异物颗粒的概率顺序(对比所有扫描电镜图片的左侧图片):口罩最外层的外表面(接触大气的那个面)口罩最内层的内表面(接触口鼻的那个面)》中间层外表面,其它三个表面均未找到明显的异物颗粒,对比不出来区别。异物颗粒出现概率最高的是口罩最外层的外表面,这应该是我们吸气时吸入的大气中的颗粒,口罩最内层的内表面上的异物颗粒应该来自于我们呼气时带出的颗粒或口腔内的异物,中间层外表面上的颗粒明显比口罩最外层的外表面上的异物颗粒少很多,说明大部分大颗粒被最外层的无纺布阻挡,只有一少部分穿透过来,中间层内表面和最内层外表面没有发现异物颗粒说明基本没有异物粒子通过中间熔喷无纺布层,从而证明了中间熔喷无纺布层的确能起到很强的过滤作用。

02


酒精浸泡没有破坏口罩结构完整性

其次从浸泡前后口罩6组扫描电镜图片来看,75%酒精浸泡15分钟后,口罩最外层、中间层、最内层三层材质的形貌结构没有任何明显差异,没有出现纤维断裂、卷曲、拉伸变形、膜孔隙变大等情况,说明75%酒精浸泡没有破坏口罩各层的结构完整性。

03

酒精浸泡没有明显破坏纤维的吸附能力

另外从75%酒精浸泡后6组扫描电镜图片来看,在酒精浸泡后口罩最外层的外表面、最外层的内表面、中间层内外表面、最内层内表面仍吸附有比较多的颗粒(特别是小颗粒),说明口罩经过75%酒精浸泡处理后仍具有较强的吸附能力。

04


酒精的溶剂作用,携带病毒的飞沫颗粒变的更小、更容易扩散

最后通过酒精浸泡前后口罩的高倍扫描电镜对比图来看,口罩在用75%酒精浸泡后,在很多层的内外表面上出现了1um左右的小颗粒(图片中红色方框标记的位置),这种小颗粒在参照组里面基本没有,这种小颗粒在最外层内表面出现的概率最高,其次是最外层外表面和中间层内表面,说明原始的一部分几微米、几十微米的大颗粒(图片中红色圆圈内标记的位置)在乙醇的作用下发生了分解,由以前的大颗粒团聚体变成了一个一个的小颗粒,并且这些小颗粒随着液体乙醇的流动在口罩不同层之间扩散。在口罩自然晾干以后由于这些颗粒变得更小,我们在使用时这些颗粒更容易通过口罩的防护而进入我们的呼吸道如果我们的口罩想在75%的酒精消毒之后重复使用,必须保证用酒精处理足够长的时间确保所有的病毒都被杀死,否则携带病毒的小颗粒更容易突破口罩防护进入我们的身体。

备注说明:为了确保病毒完全灭活我们实验用的方法是酒精浸泡,我们大家常用的方法可能是酒精喷雾,酒精喷雾很难渗透到口罩内部,只能在一定程度上杀死口罩前后两个表面上的病毒。然而我们也注意到最后一个结论,乙醇消毒之后会导致携带病毒的粒子变小,且随着乙醇进行流动扩散,这个结论和急救中心专家的建议是一致的。因此虽然75%酒精消毒之后不会改变口罩的微观结构,不会明显改变口罩的吸附能力,但是由于酒精的溶剂作用,飞沫颗粒更易扩散病毒。我们不建议口罩在75%酒精消毒之后再重复使用口罩。同时为上一篇文章中的不严谨之处进行抱歉。



 高温消毒对口罩影响的实验设计


实验目的:讨论高温消毒后口罩的微观结构是否改变、口罩是否可以继续使用。

实验手段:通过手机照片观察口罩的宏观变化、通过扫描电镜观察口罩微观变化。

实验方法如下:


01

将佩戴大约3个小时左右的KN90的口罩不做任何处理,分别取其最外层(隔离层)内外表面、中间层(过滤层)内外表面、最内层(舒适层)内外表面共6组样本作为参照组。


02

将该口罩剪下一块放入60℃的恒温烘箱干燥30分钟后,分别取其最外层(隔离层)内外表面、中间层(过滤层)内外表面、最内层(舒适层)内外表面共6组样本作为实验组1。


03

将该口罩剪下一块放入100℃的恒温烘箱干燥30分钟后,分别取其最外层(隔离层)内外表面、中间层(过滤层)内外表面、最内层(舒适层)内外表面共6组样本作为实验组2。

实验得到的数据如下:

10.jpg

图7 口罩热处理后的宏观光学图片

1口罩在100℃下会发生性质的改变

从口罩在不同热处理条件下的光学图片可以看出,KN90口罩在烘箱中恒温60℃加热30分钟后口罩的外观没有任何明显的变化,字迹轮廓很清晰,和参照组完全一样;口罩在烘箱中恒温100℃加热30分钟后口罩的宏观外表面发生了明显的改变,口罩外表面上的字体变的模糊不清,字迹在100℃热处理后开始在口罩的外表面层扩散、渗透,说明口罩在100℃热处理下会发生宏观性质的改变。



修正11.png

图8 口罩60℃高温处理后最外层,最内层,中间层外表面的扫描电镜图片

260℃不会引起口罩微观结构的改变

从口罩在60℃加热半个小时后的扫描图片可以看出,口罩在烘箱中恒温60℃加热30分钟后口罩的微观形貌基本没有变化,纤维表面光滑,没有出现纤维的断裂、粘连等情况,说明60℃的温度不会引起口罩微观结构的改变。


修正12.png

图9 口罩100℃高温处理后最外层和最内层外表面的扫描电镜图片

修正13.png

图10 口罩100℃高温处理后中间层内外表面的扫描电镜图片

3100℃会引起口罩微观和宏观结构的改变

从口罩在100℃加热处理后的扫描图片可以看出,口罩在烘箱中恒温100℃加热30分钟后口罩的中间层内外表面处均能比较高概率的发现纤维粘结、粘连、断裂现象(见下面图片中红色方框中的位置),而在最外层和最内层处没有发现明显的纤维之间的粘连、断裂情况,可能是由于最外层和最内层处的纤维比较粗,虽然发生了一定程度的形变或变化,但是在微观层次上看不到明显的区别,而在宏观层次上能表现出明显的变化,说明100℃的温度处理会引起口罩微观和宏观结构的改变。

结合以上结论,我们得出:口罩可以在一定的温度(比如60度)下处理一定时间(比如30min)后使用,但是100度沸水煮应该是不行的。
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—— ——最终结论—— ——
口罩的物理化学稳定性是保持其防护作用的基本条件,任何消毒手段在一定范围内均有可能导致口罩变性,强烈建议口罩不要重复利用。但适当条件下,特殊情况下,可以重复使用。
我们不建议对口罩进行75%的酒精消毒之后再次使用。
我们建议60-80度高温处理口罩30分钟,可以再次重复利用。
我们可以提供网上的可靠建议:如果口罩并非使用在危险环境下,且使用时间很短(比如出门倒个垃圾,收个快递),保存清洁和完整,可以将口罩放在干燥通风处,干净的地方静置一周,然后再次重复使用,当然不能多次重复使用。
最后口罩的主要作用不是防止被别人传染,而是防止传染给别人,战胜疫情从我做起,出门带上口罩是保护自己,更是保护他人,带上口罩杜绝病毒传播,把病毒扼杀在摇篮里,打赢这场战争!

以上所有结论均基于部分材料,部分实验设计得出结果,不同材料或者由于实验设计未涉及到部分或许有偏差。

参考资料:

1 流感:真相、传播、疫苗、感冒药、口罩、空气和我们(已为“武汉肺炎”更新) - 知乎

2 陈钢进 熔喷聚丙烯驻极体过滤材料对医用消毒剂的耐受性研究

3 《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第四版)》

4 Recommended Guidance for Extended Use and Limited Reuse of N95 Filtering Facepiece Respirators in Healthcare Settings.美国CDC.

5 Xiao, H., Song, Y., and Chen, G. (2014). Correlation Between Charge Decay and Solvent Effect for Melt-Blown Polypropylene Electret Filter Fabrics. J. Electrost., 72:311–314.


【中科百测供稿】

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