美國專用防護穿戴研發(fā)一瞥

新冠肺炎疫情到來前，美國擁有包括醫(yī)生、助理和護士在內(nèi)1300余萬醫(yī)護人員受雇于家庭、醫(yī)院和緊急醫(yī)療服務(wù)機構(gòu)。專用防護裝備就是這個龐大人群的保護罩。新冠肺炎疫情到來后，美國的醫(yī)用防護用品成為最緊俏的物資。

疫情下的醫(yī)用防護

醫(yī)護人員專用防護穿戴直接或間接地為新冠肺炎、艾滋病、禽流感、豬流感以及耐藥結(jié)核病等流行病的患者進行護理時起到了極大的保護作用。專用防護穿戴還阻止了上述傳染病的進一步傳播。醫(yī)護人員護理時必須穿戴專用防護裝備，以降低其護理的患者及自己、家人和所屬社區(qū)成員的發(fā)病率和死亡率，從而有效預(yù)防流行病的傳播。

在過去幾十年中，為研發(fā)專用防護穿戴，人們對大流行的傳染病原體從患者到醫(yī)護人員的傳播機制進行了持續(xù)探索。研究發(fā)現(xiàn)，感染性病原體可通過呼吸器官和皮膚借助空氣和液體（水、血液等）以及黏膜（眼睛等）介質(zhì)傳染給醫(yī)護人員。因此，保護醫(yī)護人員的呼吸系統(tǒng)就顯得尤為重要。

新冠肺炎疫情大流行以來，全世界都在開展對各種專用防護穿戴裝備的研發(fā)并投入商業(yè)生產(chǎn)。常用的專用防護裝備包括醫(yī)用口罩、呼吸器、手套、長袍和護目鏡。疫情期間，醫(yī)護人員必須使用如面罩、防護鏡等其他類型的專用防護裝備。其中，醫(yī)護人員經(jīng)常使用的防護裝備（醫(yī)用口罩、呼吸器、手套、長袍等）主要以紡織品為主。

為更好保障醫(yī)護人員的職業(yè)健康和安全，美國業(yè)界意識到，進一步研究呼吸與皮膚防護裝備領(lǐng)域已迫在眉睫，以幫助紡織或材料工程師研發(fā)高性能的呼吸與防護裝備。

防護裝備的前世今生

醫(yī)護人員需要佩戴包括醫(yī)用口罩、牙科口罩和呼吸器等不同類型的呼吸防護裝備才能挽救患者的生命。醫(yī)護人員使用醫(yī)用口罩已相當普遍，但醫(yī)用口罩并非只是用來保護醫(yī)護人員免受傳染病的侵害，也是為了讓病人免受醫(yī)護人員咳嗽或呼出分泌物的影響。因此，口罩更適合用作呼吸防護裝備，特別是在可能含有大流行性和傳染性病原體的醫(yī)療環(huán)境中。

20世紀初，醫(yī)用口罩主要由可重復(fù)使用的多層棉紗制成。這種多層結(jié)構(gòu)使口罩防護性提高。然而，這種多層結(jié)構(gòu)的口罩影響了透氣性和舒適度。20世紀中葉，作為阻止空氣中致病微生物（如病毒、細菌和真菌）傳播的可靠方法，用玻璃纖維無紡制成的一次性口罩引入市場。20世紀90年代，不同類型的纖維（如聚丙烯和纖維素）也用于生產(chǎn)醫(yī)用口罩。

由不同纖維材料制成的口罩，防護效果各不相同。從高到低的纖維材料分別有聚丙烯、聚酯人造絲、玻璃纖維和纖維素。目前，對佩戴者皮膚造成刺激的玻璃纖維已很少使用。而具有高疏水性的聚丙烯是最常用的纖維，其芯吸能力可確保口罩和面部間干燥舒適，并形成小氣候。現(xiàn)代醫(yī)用口罩通常由三層無紡布組成：罩網(wǎng)、過濾層和外殼織物。緊貼佩戴者皮膚的罩網(wǎng)是紡粘無紡布墊。罩網(wǎng)和外層之間的過濾層是熔噴無紡布墊，主要用于阻止有害的氣溶膠顆粒、微生物和體液浸入。過濾層的外層織物是暴露在環(huán)境中的最外層。該織物由紡粘無紡布墊制成。

盡管最近研發(fā)的醫(yī)用口罩能有效隔絕空氣中較大微生物顆粒或咳嗽以及打噴嚏時釋放的有害物，但卻很難阻止亞微米微生物或顆粒物的滲入。此外，醫(yī)用口罩并不能完全保證邊緣無空氣泄漏。因此，醫(yī)護人員若接觸到新冠、流感和艾滋病病毒等大流行性傳染病患者，這些口罩就無法真正杜絕疾病的傳播。

在20世紀末，專為醫(yī)療人員研發(fā)的空氣凈化微粒呼吸器誕生。該產(chǎn)品能有效過濾一切微生物，避免口罩邊緣的空氣泄漏。在佩戴時，建議使用鼻夾調(diào)整貼合佩戴。這有助于減少微生物或有害顆粒的侵入。

呼吸器的過濾功能

傳統(tǒng)的呼吸器包含四層或五層無紡布。這類設(shè)計讓兩層或三層由緊密堆積的超細纖維基熔噴無紡布制成，過濾器層夾在聚丙烯無紡布罩網(wǎng)和外層織物間。有些呼吸器的過濾層是由聚丙烯和帶電荷的纖維組合而成，這對呼吸器而言是一次額外升級。與標準聚丙烯過濾層相比，它能通過靜電將有害顆粒和微生物擋在過濾層外，因此擁有更高的保護效果。事實上，通過添加靜電放電纖維，過濾層在不影響保護效果的情況下會減低密度。這種空穴較小的結(jié)構(gòu)能為佩戴者提供更好的透氣性和舒適度。然而，需要注意的是，當暴露在氣溶膠環(huán)境中時，這類纖維的過濾效率會隨時間的推移而降低，從而降低呼吸器的效果。

目前，美國國家職業(yè)安全衛(wèi)生研究所（NIOSH）根據(jù)過濾效率和防油氣霧劑的能力對呼吸器進行了統(tǒng)一分類。根據(jù)能過濾95%、99%和99.97%（基本上100%）的氣溶膠過濾效率，過濾器被分類標記為95、99和100。通常使用最具穿透性的顆粒尺寸，即約為0.1～0.3微米的空氣動力學直徑測試這3種過濾效率水平。考慮到防油霧劑的效能，呼吸器可分為n級、r級和p級。呼吸器若不耐油，則為n級；呼吸器若對油有一定抵抗力，則為r級；如果呼吸器對油有很強的抵抗力，則為p級。若呼吸器的字母數(shù)字代碼是p100，則代表其可以過濾99.97%的空氣顆粒物，且對油有很強的抵抗力。因其價格低廉且使用方便，不需任何清潔和維護的一次性N95呼吸器成為醫(yī)護人員的普遍選擇。

綜上所述，盡管市面上有不同類型、不同效率的呼吸器，醫(yī)護人員仍有接觸空氣中微生物的風險。對于全球范圍內(nèi)新出現(xiàn)的大流行傳染病新冠肺炎、埃博拉等疫情，現(xiàn)有的呼吸器也許不能完全隔絕空氣中的微生物。此外，使用者應(yīng)正確佩戴呼吸器，既能防止吸入微生物，又能保持舒適。糟糕的是，許多致病性微生物被截留在呼吸機的纖維材料中，即使在呼吸機處理后也能存活較長時間。這些呼吸器的機械操作很有可能將被過濾的微生物轉(zhuǎn)移到其他介質(zhì)中，從而造成二次感染風險。

皮膚防護裝備

從提供治療和處理相關(guān)裝備到更換患者衣物、記錄治療等，醫(yī)護人員必須用手完成大部分（甚至全部）的日常工作。因此，他們的手很容易接觸到可能含有致病微生物的體液。為防止液體微生物傳播，自1890年起，佩戴無菌醫(yī)用手套已成為醫(yī)護人員的標準做法。200多年來，醫(yī)用手套的生產(chǎn)有了很大的改進。目前，醫(yī)用手套通常由乳膠、丁腈橡膠、乙烯基或氯丁橡膠等制成的防水紡織聚合物制成，可避免醫(yī)護人員直接接觸受污染液體。一般來說，這些手套分為檢查手套和手術(shù)手套。檢查手套通常用玉米淀粉潤滑，使其佩戴舒適。然而，手術(shù)手套沒有潤滑，若這樣，手術(shù)過程中患者可能吸入玉米淀粉并阻礙傷口愈合。盡管這是值得考慮的重要因素，但為了給醫(yī)護人員和患者提供最大限度的保護，手術(shù)手套應(yīng)該更精確地考慮佩戴者的適合度和尺寸。

和手一樣，醫(yī)護人員的其他身體部位也可能接觸到受污染的液體。為防止病原體的傳播，從19世紀初以來，醫(yī)護人員就開始使用專門的醫(yī)療防護服。這些長袍通常由一塊長布縫成，用斜紋帶綁在身后。傳統(tǒng)的醫(yī)療服裝為白色，代表純潔和善良。然而，為幫助醫(yī)生在手術(shù)期間恢復(fù)視力，手術(shù)服裝通常是綠色或藍色的。一次性醫(yī)療服由紙或薄塑料制成，可重復(fù)使用的醫(yī)療服通常由天然（如棉）或合成（如聚酯）纖維制成。這些纖維通過紡絲工序紡成紗，然后織成布，最后做成醫(yī)用防護服長袍。

為給醫(yī)護人員提供更好的保護和舒適感，用于醫(yī)用長袍的面料要求防水、透氣（水蒸氣滲透）。通過以下方法可以設(shè)計為防水透氣織物：（1）表面經(jīng)防水（硅酮或氟化學）處理的緊密編織（半籃、平紋或斜紋織物）織物；（2）無紡棉布上的微孔（孔徑＜2～3微米）膜或涂層（聚氨酯、聚四氟乙烯、丙烯酸或聚酰胺酸）；（3）親水膜或涂層（如聚氨酯基熱塑性彈性體）；（4）智能聚合物（形狀記憶聚氨酯）。除上述功能要求外，醫(yī)用防護服還必須確保無可存留傳染性微生物生長的條件。上述功能可預(yù)防在重復(fù)使用時對醫(yī)護人員造成二次感染的風險。為此，抗菌染整（例如銀/金屬化合物整理、季銨化合物整理、N-哈拉明整理）通常應(yīng)用于生產(chǎn)可重復(fù)使用的醫(yī)用長袍織物。

綜上所述，防水、透氣和抗菌織物生產(chǎn)醫(yī)用長袍的技術(shù)應(yīng)用多種多樣。在選擇特定技術(shù)時，需要著重考慮如下幾點：（1）所需織物的物理和化學特性，包括厚度、孔徑和拒水性；（2）防護病原微生物的形狀、大小和其他如形態(tài)、運動性和對環(huán)境溫度的適應(yīng)等特征；（3）微生物液體載體的關(guān)鍵特性（表面張力、體積和粘度）；（4）構(gòu)成醫(yī)護人員環(huán)境相關(guān)的物理、化學和熱應(yīng)力等外部環(huán)境。

更深層次的見解

衛(wèi)生組織和管理機構(gòu)一般都要事先告知醫(yī)護人員，在敏感工作環(huán)境中使用呼吸和皮膚防護裝備的重要性。工作人員在職期間還應(yīng)參與有關(guān)呼吸和皮膚防護裝備穿脫方面的適當培訓。為有效預(yù)防新冠肺炎、埃博拉和其他病原體等新發(fā)傳染病，研發(fā)新型呼吸器和防護服的呼聲日益高漲，這是因為需求暴增的緣故。此外，人們呼聲高漲，即要求對在呼吸器和長袍的尺寸及合身性進行技術(shù)上的重新設(shè)計和評級中加入面部結(jié)構(gòu)、人體測量和佩戴者的舒適性等考慮因素。最后，新開發(fā)的呼吸器和防護服材料應(yīng)減少二次感染概率。總而言之，美國防護服的研發(fā)之所以著重于高性能呼吸性和防護性，是因為現(xiàn)有的防護裝備并不能完全適用于醫(yī)護人員所需，尤其不適用于新冠肺炎疫情下的需求。