精美的口罩设计实际上能有效预防新冠病毒吗？

汉娜·托马西 (Hannah Thomasy) 是一名自由科学作家，常年往返于多伦多和西雅图。她的作品曾刊登在 Hakai 杂志、OneZero 和 NPR 上。本文最初刊登在 Undark 上。

今年 3 月，随着新冠肺炎病例激增，而她姐夫所在的湾区医院的 N95 防护口罩供应减少，Megan Duong 开始在当地搜寻 N95。Duong 和她的嫂子 Sabrina Paseman 一起招募志愿者，找到了 7,000 个口罩——勉强够满足两家医院一天的用量。“我们只是知道这不是一个可扩展的解决方案，”Duong 说。

因此，两位前苹果员工 Duong 和 Paseman 着手发明一种新工具，他们希望这种工具能够使现有的掩模技术更加有效且更容易获得。

他们并不是唯一试图满足个人防护装备 (PPE) 突然大量需求的发明者。专家表示，口罩等个人防护装备对于减缓 COVID-19 的传播至关重要。但在疫情的大部分时间里，医务人员一直缺乏高质量的个人防护装备。与此同时，公众可获得的 PPE 质量参差不齐，用户抱怨称，廉价的布口罩虽然随处可见且受到公共卫生机构的推荐，但佩戴起来不舒服，妨碍社交，效果有限。

这些问题激发了新的创新，发明家们努力让个人防护设备更便宜、更安全、更舒适、更方便——而且在许多情况下，这样做还可能带来盈利的机会。一些新设计已经赢得了专家的赞誉。其他许多设计尚未证明它们比标准布口罩更有效。

“我担心人们会因为炒作而花费大量金钱，但这并不会给他们或任何其他人带来任何额外的保护，”在加拿大安大略省公共卫生部工作的传染病医生加里·加伯 (Gary Garber) 说。

在 Kickstarter 和 IndieGoGo 等众筹网站上，发明者已经筹集了数百万美元用于设计新的口罩、手套和其他个人防护装备。大学工程实验室已将注意力转向制作口罩和面罩。成果从巧妙到古怪，应有尽有。现在，可以找到众筹或销售镀银抗菌手套、隐藏在帽檐中的口罩以及覆盖用户头部至胸部的防护罩的初创公司。（这三种设计都在众筹网站上筹集了数千美元）。

其他发明包括使用人工智能根据每个人的脸型量身定制的 3D 打印口罩，以及一种让人们无需接触泵即可加油的塑料装置。在疫情爆发之前，人们就尝试制造透明口罩，以方便读唇语的人交流，但这种尝试引起了人们的兴趣和投资激增。

有些设计源自长期经验。在新冠肺炎疫情爆发之前，布莱根妇女医院的放射肿瘤学家、麻省理工学院的博士后研究员詹姆斯·伯恩 (James Byrne) 习惯于使用 N95 口罩看病，然后“将其扔进垃圾桶”。伯恩和几位同事现在将注意力转向设计一种口罩，这种口罩可以像 N95 口罩一样过滤掉 95% 的空气中颗粒物，但重复使用起来更容易、更划算。

他们的注塑成型耐高压灭菌、可扩展、可贴合 (iMASC) 系统原型由透明硅橡胶制成，嘴部附近有两个圆形过滤器。在最近的一次测试中，研究人员遵循政府安全标准，向 20 名佩戴 iMASC 的参与者喷洒了雾化糖精（一种甜味化学物质）。如果参与者在任何时候都能尝到糖精的味道，则表明佩戴测试失败。所有参与者都通过了测试，95% 的参与者将 iMASC 的透气性评为优秀或良好。

研究团队仍在对不同过滤材料的过滤效率和透气性进行更深入的测试。他们还需要确定口罩在长时间佩戴时的表现如何。

iMASC 是为医护人员设计的，美国疾病控制与预防中心 (CDC) 目前不建议普通民众佩戴 N95 口罩。但人们仍然需要更高质量的防护——或者至少是声称具有更高质量防护的口罩——以及能够解决舒适性和贴合性基本问题的口罩。

一些声称能解决这些问题的口罩引起了轰动。自 6 月 25 日起，总部位于科罗拉多州的光学和生物技术公司 UM Systems 的 UVMask 已在众筹平台上筹集了 300 多万美元，UM Systems 是 Measure Inc. 的子公司。进入口罩的空气会经过一个相当于 N95 的可更换过滤器，然后进入一个“无菌涡流”，在那里用 UV-C 光处理，这种光可以通过破坏病毒的遗传物质来灭活病毒。如果没有目前的活动折扣，该产品的售价为 249 美元。（口罩包括电池、充电器和 10 个过滤器；额外的一次性过滤器必须单独购买）。

据一家获得欧洲检测检验认证体系认可的中国检测机构称，无菌涡流可在三秒钟内杀死超过 99.99% 的细菌。UM Systems 联合创始人兼首席执行官 Boz Zou 表示，该公司还计划测试该设备对病毒的灭活效果。他说，这款口罩“绝对”比 N95 更好。

然而，这款口罩尚未接受美国联邦机构国家职业安全与健康研究所 (NIOSH) 的测试，以证实这一说法。UVMask IndieGoGo 页面并未声称这款口罩能具体保护用户免受 COVID-19 的侵害，甚至根本没有提到 COVID-19。

其他众筹活动则专注于改进现有技术。在 Duong 和 Paseman 徒劳地寻找 N95 口罩后，工程师 Paseman 几乎立即开始开发 Essential Mask Brace 原型。这款口罩支架旨在通过改善口罩与面部的贴合度来提高标准外科口罩的有效性。根据 Kickstarter 活动，每副口罩支架的成本为 15 美元，比大多数其他新兴口罩技术更实惠。迄今为止，该活动已从 1,820 名捐助者那里筹集了超过 110,000 美元。

Duong 表示：“如果你看数据，就会发现受疫情影响最大的是低收入群体。他们买不起 100 美元的口罩。因此，如果你想找到一种真正像我们所说的那样拉平曲线的解决方案，你需要找到一种可访问、可扩展且价格合理的方法。”

在测试了几种不同版本的支架（包括一些众包测试）并在 NIOSH 的 3D 打印面部模型上改进设计后，该团队表示他们正在对最新版本的支架进行人体测试。但帕塞曼表示，很难对实际的口罩进行过滤测试，因为政府实验室的请求太多了。

内布拉斯加大学医学中心传染病科主任马克·鲁普表示，改进口罩贴合度的装置是个好主意。“多层口罩确实有效，而且如果它们能紧贴面部，效果最好。”

其他设计师——包括发明家 Alice Min Soo Chun，初创公司 SEEUS95 Inc. 的创始人兼首席执行官——也对现有口罩和呼吸器产生的废物量感到担忧。SEEUS95 口罩被宣传为“传统 N95 的彻底替代品”，并在 Kickstarter 上从 2,152 名捐赠者那里筹集了超过 211,000 美元。SEEUS95 由透明硅胶制成，使用“专有的 N95 生物过滤器”，并通过粘性“皮肤治疗层”附着在脸上，据说可以形成气密密封。

生物过滤器由竹纤维、丝绸、银和碳组成。尽管 Kickstarter 页面上有一个印章，声称该过滤器是“麻省理工学院实验室 + AFFOA 测试的”，但 Chun 表示测试仍在进行中，目前尚无可用数据。Kickstarter 页面上的过滤效率图表来自一篇测试棉、丝绸和雪纺等常见织物过滤效率的论文，而不是来自对生物过滤器本身的测试。

根据该公司的 Kickstarter 页面，该公司的愿景是“使用可持续材料，帮助地球”。但是，Chun 表示，生物过滤器不可回收或堆肥，尽管她指出它们是可生物降解的，当“它们进入垃圾填埋场时，它们会回归地球”。当被问及过滤器需要多长时间才能分解时，Chun 说“它们已经是大自然的一部分了。”

该团队尚未进行任何测试以确保贴合面部。相反，他们通过展示将材料涂在香蕉上的情况，证明了贴在脸上的粘性层可以“保护皮肤、保持皮肤湿润、健康和光滑”。

鲁普表示，虽然透明口罩对读唇语的人有益，但他对 SEEUS95 的可行性持怀疑态度。“如果口罩真的大部分都是透明塑料，只有很小的面积供你呼吸，那么在我看来，这会导致呼吸困难，”他说。（SEEUS95 是由透明硅胶制成，而不是塑料。）

并非所有医疗专业人士都相信，公众需要更好的口罩技术，而不仅仅是更好地教育公众如何使用现有口罩。加伯说，使用不当仍然是一个问题。他说，为了使个人防护装备发挥最大作用，人们在戴上和摘下口罩之前洗手，避免调整口罩或用可能被污染的手触摸面部至关重要。

不过，杜克大学职业卫生与安全主任妮可·格里森表示，除了有效的社交距离措施和手部卫生措施外，改进口罩技术也可能带来好处。提供更多个人保护并更好地防止感染者传播病毒的口罩是否有助于控制疫情？“绝对如此，”她说。

更正：本文引用了内布拉斯加大学医学中心传染病科主任马克·鲁普的话，错误地将 SEEUS95 口罩描述为由“塑料”制成。它实际上是由硅胶制成的。已添加澄清说明以进行区分。