淺析口罩細菌過濾效率測試結果的影響因素

黃夏嬋,況立濤

(廣州纖維產品檢測研究院,廣東 廣州 510220)

隨著全球新型冠狀肺炎病毒的暴發,佩戴口罩成為非常重要且有效的個人防護方式,口罩需求量大幅增加,人們對口罩產品質量的要求也逐步提升。口罩罩體對帶有病原微生物菌顆粒物的阻隔性能主要是通過口罩濾材的細菌過濾效率性能來體現,因此細菌過濾效率是醫用口罩的核心指標之一[1]。為了比較細菌過濾效率試驗結果,測試了多家生產企業的平面型醫用口罩和N95型口罩,通過不同試驗條件的比對以及日常檢驗經驗的分享,探討細菌過濾效率測試的影響因素。

1 醫用口罩細菌過濾效率技術要求

目前國內口罩的細菌過濾效率是根據醫藥行業標準YY 0469―2011 的測試方法進行檢測[2],與美國ASTM F2101―19和歐洲BS EN 14683：2019細菌過濾效率檢測方法基本一致,但是在應用中技術要求差異比較大,具體要求比較見表1。

表1 中國、歐洲和美國對醫用口罩細菌過濾效率技術要求的比較

從表1可以看出,與國內醫用外科口罩及一次性使用醫用口罩的技術要求對比,歐洲的BS EN 14683：2019《醫用口罩的要求和測試方法》和美國的ASTM F2100―19《醫用口罩材料性能標準規格》兩個標準均采用分級思路,技術要求也更高。

2 細菌過濾效率測試原理

細菌過濾效率指在規定流速下,口罩材料對含有細菌的懸浮粒子可以濾除的百分數。測試原理為,將控制通過采樣器的氣體流速用一定顆粒直徑的細菌氣溶膠(在胰蛋白酶大豆肉湯中接種金黃色葡萄球菌,培養后將其稀釋到一定濃度再使用噴霧器產生含有細菌的肉湯氣溶膠)沖擊兩端口罩體進行過濾效率的測試,穿透口罩的細菌氣溶膠收集到胰蛋白酶大豆瓊脂上。最后將瓊脂平板進行培養,然后對細菌顆粒氣溶膠形成的菌落形成單位(陽性孔)進行計數,并使用轉換表將其轉換為可能的撞擊顆粒數,間接計算出細菌過濾效率。

3 細菌過濾效率測試的影響因素

3.1 氣體流速

氣體流速是指單位時間內通過口罩罩體的氣體體積量,作為一項測試條件,它直接影響了口罩的過濾性能測試結果[3]。參照YY 0469―2011《醫用外科口罩》附錄B測試程序,樣品經過溫度(21±5)℃、相對濕度(85±5)%環境中預處理4 h后,使用連續傳代2次活化金黃色葡萄球菌制備接種菌液進行檢測,測試過程中通過改變設備的氣體流速測試不同口罩(6家不同生產企業的醫用口罩和N95口罩共6批)在10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 L/min氣體流速條件下的細菌過濾效率,每種樣品在不同流量下測試3個試樣,取3個試樣的平均值,其結果見表2。

表2 細菌過濾效率試驗結果

從表2的結果中可以看出,在氣體流速逐漸升高的過程中,口罩的細菌過濾效率在下降。醫用平面口罩在氣體流速為50 L/min時細菌過濾效率開始低于98%。隨著氣體流速升高,N95口罩的細菌過濾效率下降的幅度較小,在氣體流速達到100 L/min時細菌過濾效率依然不低于98%。說明不同氣體流量對細菌過濾效率檢測結果的影響較大,特別是醫用平面口罩。

3.2 樣品環境試驗預處理

選取10批次醫用外科口罩,每批樣品分為兩組：預處理組和不處理組。預處理組樣品進行溫度(21±5)℃、相對濕度(85±5)%環境預處理至少4 h,然后通過控制氣體流速在28.3 L/min使用連續傳代2次活化金黃色葡萄球菌制備細菌氣溶膠,參照YY 0469―2011《醫用外科口罩》附錄B 測試程序進行檢測,每批次每組選取3個試樣的平均值作為測試結果。試驗結果見表3。

表3 預處理和未處理口罩細菌過濾效率試驗結果

根據表3結果,可以看出未經過環境試驗預處理的細菌過濾效率略高。因此樣品是否進行環境試驗預處理對口罩細菌過濾效率的結果有一定的影響,

3.3 其他因素的影響

3.3.1 接種菌的制備方法

菌液制備是細菌過濾效率測試中非常關鍵的一步,直接決定著試驗中細菌生長質量,從而影響著測試結果。標準YY 0469—2011附錄B 的制備方法是將金黃色葡萄球菌接種在胰蛋白酶大豆肉湯培養基中,在(37±2)℃振蕩條件下培養(24±2)h。然后用1.5%的蛋白胨將上述培養物稀釋至約5×105CFU/ml濃度。在測試中,菌種的傳代次數和接種量、菌株的培養時間和培養溫度等均對其活性以及細菌生長數有影響,必須是具有高活性和純度的細菌,才能真正反映細菌過濾效率的濾除性能。活性的高低是根據細菌在培養后的增長情況來判斷的,制備方法的不同影響著測試菌種的活性,試驗結果見表4。

表4 連續傳代2次和連續傳代3次活化細菌制備菌懸液結果對比

3.3.2 過濾試驗設備消毒情況

過濾試驗設備消毒情況對結果也有著顯著影響,消毒越徹底測試結果準確性越高,消毒不徹底容易導致各種環境雜菌的污染,外部環境雜菌多種多樣,特別是采樣器,通過采樣器收集到瓊脂平板后雜菌形態各異,大小不一,甚至成片狀生長,和金黃色葡萄球菌混合以后不易區分,導致不能真實反映陽性質控值,從而影響細菌過濾效率結果的準確性。因此設備是否消毒徹底在試驗中顯得非常重要。對于新型醫用外科口罩細菌過濾效率(BFE)檢測設備,應采樣結束后將盛有菌液的試管換成75%的酒精和蒸餾水先后進行清洗,用75%的酒精擦拭儀器內壁,將紫外燈開啟滅菌。由于系統清洗時采樣器兩路電磁閥關閉,消毒液不會經過采樣器,所以采樣器需要放到高壓鍋內滅菌；而氣霧室和噴霧器有消毒液流過,不需要拆卸,用蒸餾水和消毒液清洗即可。

4 結果和討論

口罩細菌過濾效率測試的理論預設條件是無泄漏,即表征口罩在完全密封條件下的細菌過濾效率理論值,只反映濾材的自身過濾效率,與其材料性能及加工工藝有關,不能真實反映口罩佩戴狀態時的實際防護效果。如需進一步考核真正使用情況下的防護效果,則應增加考核口罩與佩戴者面部的適配性,即口罩邊緣與佩戴者面部的密合程度。若口罩與佩戴者臉部緊密性不足,存在一定的空隙,在實際使用中,外部空氣由于阻力小的原因,易經從空隙進入口罩內部,造成所呼吸空氣未經口罩的過濾功能,使實際細菌過濾效率低于測試理論值,從而降低防護效果。為解決實際應用與檢驗檢測結果差異導致的人體傷害,OSHA(Occupational Safety and Health Administration)對不同程度的使用對象有分級要求,明確要求勞動者必須在使用呼吸防護用品前進行適合性測試,以確保產品在實際使用時能達到確切的防護水平。現在市面上的醫用一次性口罩為平面型設計,并不能與佩戴者臉部緊密貼合；N95型口罩為密合臉型設計,大大降低了通過密封泄漏造成的氣溶膠漏入,因此需根據不同的使用對象及使用場景進行適當的選擇。

通過不同試驗結果分析可以得出的結論是：影響細菌過濾效率測試結果的關鍵因素是氣體流速和環境試驗預處理,同時接種菌的制備方式、過濾試驗設備消毒情況對測試結果也會產生顯著的影響,是實際試驗操作過程中不可忽視的影響因素。因此,在具體測試的過程中,試驗條件的控制至關重要,檢驗工作者必須具備一定的理論基礎和工作經驗,以嚴謹態度按標準操作規范進行操作,選擇正確的試驗條件,減少和避免測試結果誤差,為不斷提升的產品質量技術要求提供準確的測試結果。