健康新视界：潘怀宗》美国研究：若医护外科口罩缺乏 民众用两层棉布自制口罩OK

论文中测试的14种口罩1.外科口罩、2.有阀门N95口罩、3. 针织口罩、4. 两层聚丙烯围裙面罩、5. 棉丙烯棉口罩、6. 100％聚酯纤维口罩(polyester)、7. 两层棉百褶款式(一)口罩、8. 两层棉-奥尔森风格的口罩、9. 两层棉百褶款式(二)口罩、10. 两层棉百褶款式(三)口罩、11. 护颈当面罩、12.头巾当口罩、13. 两层棉百褶款式(四)口罩、14.无阀门N95口罩。（作者提供）

口罩已成为防堵新冠肺炎最重要的方法之一，口罩的形式有很多种，但你所买到的口罩真的能够有效阻止飞沫和空气中的气溶胶吗? 2020年8月7日，美国科学家杂志报导了一篇发表在《科学进展》(Science Advances)上的研究报告，文章内介绍了一种简易的评估方法，这个方法可以轻松用肉眼看出说话时喷出的飞沫，以及不同类型的口罩能否有效减少飞沫的扩散。作者使用廉价但功能强大的雷射光来建立一个光幕，利用飞沫通过光幕时会把光线散射的原理，我们肉眼就可以轻松看到液滴分布的情形。利用这样一个简单自制的仪器(图1)，来测试各种不同口罩的性能。麻萨诸塞州总医院感染控制科副科长谢诺伊医师（Erica Shenoy）就说道，各种口罩的防护效果本来就不一样，而这次的实验证实了我们每天在公共场所看到的各种口罩的效果，真的是好坏差很多。

这个实验的起心动念，要从一位芭蕾舞服装设计师说起，她在社交媒体上，向杜克大学医学院的肥胖医学专家韦斯特曼医生（Eric Westman）发送了一则讯息，内容是她听说韦斯特曼教授正在为弱势的民众采购和制造口罩，而她的服装设计师团队也正好想要做公益，因此希望能加入这次的口罩制作行列。服装设计师平常是将布料用于宴会的华美礼服上，但现在他们却要用漂亮的剩余布料制作口罩。由于韦斯特曼教授需要一种简单的方法来测试各种布料的防护性，因此他拿起电话，向同校(杜克大学)的化学系教授们求助，而生物医学成像专家费雪教授（Martin Fischer）欣然地接下了这个挑战，并且邀请他正在念大学的女儿参加，因为这样他们父女两个人就可以紧密合作，而不必担心别人的口水可能会传染新冠肺炎，其实，应该是爸爸不嫌弃女儿的口水吧(哈!潘老师自己的心声)。

他们父女俩利用纸箱、雷射发光器、透镜和智慧手机的相机建立起了一个简单的评估工具，这个工具能够捕获空气中的小水珠。费雪教授先使用圆柱形透镜将铅笔状的光束拉伸成薄的“光片”，使其穿过黑箱子侧面的狭缝。当一个人向盒子里讲话时，飞沫喷出穿过光片时，小水珠就会将光线散射到不同的方向，另一端的手机摄影功能就可以录影下来飞沫散射的情形。于此同时，利用一个简单的电脑演算法可以计算出液滴的数量以及液滴通过薄片的速率，整个安装成本不到200美元。宾夕法尼亚大学医学系的巴克斯同学（Christina Bax）说，我认为使用这种便宜且容易观察的雷射散射方法非常聪明，肉眼就能看到效果(偷偷告诉你，其实是在夸他自己)。2020年初，巴克斯教授就已经和美国国卫院(NIH)的研究人员合作，开发了类似的技术，他们也发现，当人们说话时，飞沫确实飞散得到处都是，超出我们的想像。

费雪教授和他的女儿测试了14种不同口罩(图2)阻止飞沫传播的能力，包括一线医护人员使用的医用级N95（带有或不带有呼吸阀门）、一次性外科口罩、手工缝制的棉口罩、围巾口罩、或头巾口罩等等。每种口罩都要连续五次在盒子里说“请大家保持健康”，并分成带着每种口罩的实验组和不带口罩的控制组。

实验结果告诉我们，即使人们只是在讲话，那些飞沫微粒漂浮的数量之多，让人大开眼界，韦斯特曼和费雪发现人们不戴口罩说话时，每秒能呼出数百颗飞沫的水珠，其中许多水珠非常小，但在黑盒子内经雷射光散射后，可以呈现绿色闪烁，非常容易辨识(图1中之小插图)。在他们测试的众多口罩中，没有阀门的N95口罩表现最好，只有0.1％的颗粒跑出来到空气中。有阀门的N95口罩可以很好地保护穿戴者，但它仍然会有飞沫跑出来到空气中，去传染别人，因为有呼气阀门所致。而手工缝制的两层棉布口罩(hand-sewn cotton masks)和一次性手术口罩表现竟然一样良好，大大减少了说话时散布到空气中的飞沫数量。

实验也发现，使用弹性纤维制成的护颈(neck gaiters)或头巾(bandanas)对飞沫的防护效果就非常差，甚至比不戴口罩还要糟，很难想像吧! 作者解释可能的原因是所谓的「奶酪刨丝刀」(cheese grater effect)作用，想想看，当较大颗粒的口水穿过多孔材料(围巾和头巾)时，会被进一步再切碎成更小的颗粒喷出，因此飞沫的颗粒数目反而比起原来的更多更细，飘得更远。韦斯特曼教授本来认为有戴护颈或头巾时，顺手拿来遮挡飞沫，总比没有遮来得好，但是，万万没想到护颈或头巾的多孔材质会把飞沫变成了更加细小的气溶胶颗粒，不仅没有防护作用，还会增加传播病毒的机会，令人完全出乎意料之外。另外，针对不同的音调，音量，发音甚至个别语言的差异，以及织物品质和口罩的密合与否，都会有不同的飞沫喷洒结果。实验证明，如果普通民众真的买不到一次性外科口罩时，自制的两层棉布口罩在物资短缺时，是可以使用的，而N95口罩则应该留给一线医疗人员使用，一般民众没有必要使用。

韦斯特曼跟费雪已经为这个新仪器申请专利，他们想让这个产品在社区中或博物馆中当作教学工具，向民众说明为什么口罩如此重要以及如何正确佩戴口罩。另外，对于制造口罩的公司也可以自行轻松地测试口罩的功效，或甚至在资源匮乏的国家中能作为昂贵的雷射设备的替代品。医学系学生巴克斯说到，用肉眼就能够看到飞沫的喷溅录影片，可以更加理解每个人讲话时飞沫喷洒的情形，真的是一项很棒的发明，绝对值得拿来当作社区卫教之用，应该大力的推广。(作者为阳明大学医学院教授，佛光大学讲座教授)