中藥抗霾口罩的研究

么欣禧，么欣悅

（1.中國人民大學(xué)附屬中學(xué)翠微學(xué)校，北京 100036；2中國人民大學(xué)附屬中學(xué)第二分校，北京 100097）

環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，霧霾作為空氣主要污染物，已經(jīng)成為困擾民眾的大問題。霧霾危害的防治可以通過污染源和污染物治理來降低，另一方面可以通過研發(fā)防護(hù)用品如口罩等來實現(xiàn)。現(xiàn)有口罩一般存在兩個問題：一是為了達(dá)到過濾效果，層數(shù)較多，透氣性受影響；二是口罩的保健功能開發(fā)和利用不充分。佩戴怎樣的口罩才能做到最佳的防護(hù)，是急需解決的問題。

將傳統(tǒng)的中醫(yī)藥理論與口罩制作相結(jié)合，在阻隔的同時發(fā)揮中藥抗細(xì)菌、病毒和提升肺功能的功能，整體提升使用者抵抗霧霾傷害的能力，這是研究者通過論證、思考想到的一種可能的解決途徑，因此開展了一系列實踐研究。

1 中藥口罩研究開展意義

1.1 北京空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市空氣質(zhì)量不斷惡化，超過2/3的城市空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，霧霾現(xiàn)象頻發(fā)。北京成為污染最為嚴(yán)重的城市之一，2013-01，北京遭遇持續(xù)霧霾，只有5 d的空氣質(zhì)量達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)，其余26 d為霧霾天氣[1]。霧霾中的二氧化硫、氮氧化物和PM2.5（直徑小于2.5 μm的可吸入顆粒物）等，這些物質(zhì)攜帶空氣中的細(xì)菌、病毒，隨呼吸進(jìn)入人體，黏附在人體呼吸道和肺泡中，引起急性支氣管炎等病癥。根據(jù)PM2.5相關(guān)流行病學(xué)研究，當(dāng)PM2.5濃度每增加103 μg/m3時，居民超出正常死亡的風(fēng)險率會增加2.29%，心腦血管疾病增加的超額死亡風(fēng)險更高，為3.08%[2].霧霾嚴(yán)重威脅人們的呼吸健康。

1.2 口罩相關(guān)問題研究

面對霧霾的傷害，民眾外出最常見的防護(hù)措施就是佩戴各種口罩，口罩的使用呈逐年遞增的趨勢。現(xiàn)有口罩以阻隔為手段，防止空氣中的可吸入顆粒物等污染物進(jìn)入人體。面對這樣的情況，我們可以選擇將中藥藥液涂在中過濾或低過濾型無氣閥口罩上，利用口罩上中藥的抗菌、抗病毒作用以及對于自身的修復(fù)功能，達(dá)到抗霾的效果。

1.3 中藥抗霾口罩原理

中醫(yī)藥是中國傳統(tǒng)文化的瑰寶，《五十二病方》記載了：用藥“竄鼻孔以熱”，利用熏鼻的方法治療疾病。《金匱要略》《千金方》和《本草綱目》等都詳盡闡述了通過“鼻療”來治療疾病的方劑，在呼吸系統(tǒng)疾病治療中用中藥方劑霧化治療，效果顯著。如果將口罩的阻隔作用與中藥原理作用結(jié)合，既能阻隔污染物，又能抑制菌類和病毒，解決菌類和病毒在口罩內(nèi)表面繁殖的污染問題，同時利用中藥修復(fù)受損的呼吸系統(tǒng)，提升自身的抗霾能力。

2 中藥抗霾口罩的制作

2.1 中藥的熬制

將中藥150 g放置在砂鍋中，取750 mL水加入鍋內(nèi)，浸泡30 min后煮沸，再用文火煎煮40 min，按照水量略有調(diào)節(jié)火候。40 min后關(guān)火靜置，溫度稍低后倒出藥液備用，藥液約300 mL。

2.2 中藥藥液的制作方式

經(jīng)過傳統(tǒng)的方法熬制的中藥藥液，呈棕黃色。經(jīng)藥液浸泡制作完成后的口罩呈不均勻的黃色。在中藥制取過程中，采用傳統(tǒng)中藥熬制和蒸餾提純兩種方式進(jìn)行對比。效果如表1所示。

表1 中藥藥液制作方式對比

2.3 中藥口罩制作

中藥抗霾口罩包含抗菌、抗病毒層和修復(fù)層等，包含抗菌、抗病毒和修復(fù)等功能，由于在制作工藝上各層相似，下面以抗菌、抗病毒層為例，具體描述中藥口罩的制作：①取中藥藥液于消毒殺菌過后的容器中，取經(jīng)過消毒后的中過濾型或低過濾型無氣閥口罩，放入該藥液中；②不斷擠壓口罩，使藥液與口罩充分接觸；③浸泡2 h后取出，置于陰涼干燥處24 h陰干；④口罩完全干燥后，取消毒口罩袋封存。

3 中藥抗霾口罩功效的研究

3.1 佩戴者體驗

采用中過濾型和低過濾型無氣閥口罩，經(jīng)中藥藥液浸泡加工制作，對人群進(jìn)行了試用體驗的抽樣調(diào)查，口罩佩戴體驗者共30人，每年齡段各10人，自行選擇中過濾型或低過濾型口罩，佩戴15 min。調(diào)查結(jié)果見表2.

表2 佩戴者體驗調(diào)查

表2中，鼻腔感受指通氣舒適，刺激感小；呼吸壓力感受指呼吸順暢程度；濕度感受指佩戴中感受到的濕潤程度；中藥氣味感受指對中藥氣味接受程度。調(diào)查結(jié)果表明，中藥抗霾口罩試戴人中90%的人群鼻腔感受良好，感覺呼吸舒適，83.3%的人群對口罩的中藥氣味接受良好。少部分體驗者對呼吸壓力感受輕微不適，但覺得低過濾型口罩更適合佩戴。

3.2 中藥藥液的抗霾功效研究

用兩組不同的中藥，一組藥液主要成分為金銀花、連翹、蒲公英，起到抗菌、抗病毒作用。第二組藥液主要成分為麥冬、野菊花、薄荷，起到修復(fù)呼吸系統(tǒng)、提高肺功能的作用。對這兩組中藥藥效分別開展研究。

3.2.1 藥液的抗菌功能研究

第一組藥液中金銀花、連翹、公英是目前普遍使用的抗菌中藥組方，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)金銀花、連翹、蒲公英治療急性扁桃體炎效果遠(yuǎn)優(yōu)于青霉素[4]。

實驗一為藥液對大腸桿菌的抑制情況研究，具體步驟是：①對照組，選取蒸餾水1滴放入培養(yǎng)好的大腸桿菌的培養(yǎng)基中；②實驗組，選取中藥抑菌藥液的原液、2倍稀釋藥液及4倍稀釋藥液各一滴，分別滴入培養(yǎng)好的大腸桿菌的培養(yǎng)基中；③將實驗組和對照組放入保溫箱中繼續(xù)培養(yǎng)并進(jìn)行觀察。實驗結(jié)果表明，無論是原液，還是稀釋后的中藥藥液，均對大腸桿菌有直接的抑制作用。

3.2.2 藥液的抗病毒功能研究

中醫(yī)經(jīng)典著作中，對金銀花、連翹、蒲公英等有抑制病毒的療效有相關(guān)論述。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究中也證明，其對各種病毒有抑制作用，是目前普遍使用的抗病毒中藥制品[5－6]。實驗二為藥液抗病毒情況研究。由于病毒的特殊性，在北京市疾病預(yù)防控制中心專家的建議下，采用腺病毒作為藥液抗病毒實驗對象，在市疾控中心專家的帶領(lǐng)下完成實驗研究。將重組腺病毒與中藥混合1 h后，感染人胚腎細(xì)胞，重組腺病毒感染細(xì)胞后能夠表達(dá)紅色熒光蛋白，通過熒光顯微鏡觀察熒光表達(dá)情況，初步確定中藥藥液對腺病毒的抗病毒效果。經(jīng)48 h后，顯微鏡下觀察熒光表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)加入中藥的培養(yǎng)基中，紅色熒光明顯少于未加中藥的對比組中紅色熒光。中藥對照組紅色熒光明顯少于磷酸鹽緩沖液對照組，說明中藥對照組中腺病毒的繁殖明顯受到抑制。實驗結(jié)果表明，中藥藥液對于腺病毒有明顯的抑制作用。

3.2.3 藥液的修復(fù)功能研究

中醫(yī)理論認(rèn)為麥冬可以“定肺氣”，野菊花是中草藥中的“廣譜抗生素”，薄荷與野菊花協(xié)同使用，運(yùn)用于流行性感冒預(yù)防中，效果顯著[7]，對于呼吸系統(tǒng)的治療作用的同時，可以修復(fù)呼吸系統(tǒng)的防御功能，提高免疫力，對肺功能有明顯提升效果[8]。

研究小組與中醫(yī)科學(xué)院專家合作研究，曾采用中、低劑量麥冬水對大鼠灌胃給藥，均能不同程度的提高大鼠肺中蛋白質(zhì)的含量，并發(fā)現(xiàn)大鼠肺總抗氧化能力顯著高于對照組[9]。

野菊花提取物可參與免疫細(xì)胞的活化反應(yīng)，具有抗感染、抗病毒和抗腫瘤作用[10]。薄荷的活性成分薄荷醇具有治療哮喘功能[11]。目前，對3種藥物共同提升肺功能研究持續(xù)進(jìn)行。

3.3 中藥與口罩結(jié)合效果的研究

對中藥藥液涂抹在口罩上的效果開展研究。研究分為2步：①對人體佩戴口罩后，口鼻與口罩之間空間濕度進(jìn)行測試；②模擬該濕度，研究口罩抑菌功能。

實驗三為口罩內(nèi)部環(huán)境測試。以阻隔為目的的過濾型口罩，佩戴中內(nèi)部環(huán)境濕熱，為了檢驗口罩的內(nèi)部環(huán)境，在相同的條件下，分別佩戴不同品種的口罩15 min，利用傳感器，分四次檢測口罩內(nèi)的濕度。實驗結(jié)果表明，佩戴5 min后口罩的濕度在86%～99%之間，此濕度適宜細(xì)菌和真菌的生長繁殖，同時作為開展實驗四研究的環(huán)境條件。

實驗四為模擬口罩濕度環(huán)境，檢測中藥口罩抗菌效果。控制空氣濕度為86%～99%的環(huán)境下，檢測中藥抗霾口罩的抗菌效果。將浸泡純凈水的口罩（對照組）和浸泡中藥的口罩（實驗組），分別放入大腸桿菌的培養(yǎng)基中，觀察各組的抗菌效果。2 h后觀察結(jié)果，中藥實驗組口罩周圍出現(xiàn)抑菌圈，抑菌圈大小為口罩布邊緣外1～3 mm，而純凈水對照組沒有出現(xiàn)抑菌圈。中藥實驗組和純凈水對照組對比發(fā)現(xiàn)，在相同的濕度溫度下，中藥抗霾口罩的抗菌作用明顯大于普通口罩。說明在濕熱、密閉的環(huán)境下，中藥抗霾口罩具有抗菌效果，可以解決口罩的污染問題，更能作為醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)的日常防護(hù)保障之用。

3.4 口罩?jǐn)_流層設(shè)計與研究

擾流層原理廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。在空調(diào)的冷凝翅片設(shè)計中，在翅片上開設(shè)擾流孔，使空氣進(jìn)入時不做直線運(yùn)動，加強(qiáng)空氣在翅片間的擾動，從而使空氣與翅片的接觸時間增加，可提高換熱效率10%～30%[12].將此項原理應(yīng)用于口罩，制作口罩?jǐn)_流層。吸氣時，外部的空氣通過擾流孔進(jìn)入口罩內(nèi)部時形成氣流擾動，增加吸入空氣與中藥的接觸時間，起到增強(qiáng)藥效的作用。

采用熱敏式風(fēng)速儀器，對進(jìn)入口罩內(nèi)的空氣流速進(jìn)行測試，檢驗擾流層設(shè)計對進(jìn)入空氣狀況的研究。

實驗五為擾流層擾動氣流效果檢測。模擬口罩環(huán)境，分別對含擾流層和無擾流層的中藥口罩進(jìn)行測試。進(jìn)行持續(xù)吹風(fēng)實驗。實驗數(shù)據(jù)表明，空氣進(jìn)入口罩時風(fēng)速改變，溫度降低。根據(jù)空氣動力學(xué)原理，空氣總是會從溫度高的地方向溫度低的地方流動。將擾流層原理應(yīng)用于口罩，可以有效增加吸入空氣和中藥的混合時間，起到增強(qiáng)效果的作用。

4 結(jié)論

綜上所述，中藥抗霾口罩能夠有效起到抗菌、抗病毒和修復(fù)呼吸系統(tǒng)、提升肺功能的作用。擾流層的設(shè)計，增加吸入氣體與中藥的接觸機(jī)會，保證了藥液功效的發(fā)揮。口罩各部分功顯著，疊加后相輔相成，有效起到了防霾作用。

5 后續(xù)研究方向

對中藥的研究：中藥是我國傳統(tǒng)文化的瑰寶，蘊(yùn)含著無限奧秘，對它的研究我們做的只是冰山一角，不斷開展中藥對抗菌、抗病毒和肺功能提升的研究，爭取為祖國中醫(yī)藥文化做出更大的貢獻(xiàn)。對口罩的研究：口罩測試更加科學(xué)化、合理化。為中藥抗霾口罩配置二維碼，開發(fā)手機(jī)APP。及時掌控口罩的使用時效，及時更換，科學(xué)管理呼吸健康。口罩功能更加個性化，滿足不同人群需求。開發(fā)不同類型口罩，例如兒童款、老年款、呼吸道病人、運(yùn)動員專款，醫(yī)療衛(wèi)生、工礦企業(yè)、食品加工等特殊行業(yè)專款，最終實現(xiàn)“私人訂制”。

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