美国专用防护穿戴研发一瞥

新冠肺炎疫情到来前，美国拥有包括医生、助理和护士在内1300余万医护人员受雇于家庭、医院和紧急医疗服务机构。专用防护装备就是这个庞大人群的保护罩。新冠肺炎疫情到来后，美国的医用防护用品成为最紧俏的物资。

疫情下的医用防护

医护人员专用防护穿戴直接或间接地为新冠肺炎、艾滋病、禽流感、猪流感以及耐药结核病等流行病的患者进行护理时起到了极大的保护作用。专用防护穿戴还阻止了上述传染病的进一步传播。医护人员护理时必须穿戴专用防护装备，以降低其护理的患者及自己、家人和所属社区成员的发病率和死亡率，从而有效预防流行病的传播。

在过去几十年中，为研发专用防护穿戴，人们对大流行的传染病原体从患者到医护人员的传播机制进行了持续探索。研究发现，感染性病原体可通过呼吸器官和皮肤借助空气和液体（水、血液等）以及黏膜（眼睛等）介质传染给医护人员。因此，保护医护人员的呼吸系统就显得尤为重要。

新冠肺炎疫情大流行以来，全世界都在开展对各种专用防护穿戴装备的研发并投入商业生产。常用的专用防护装备包括医用口罩、呼吸器、手套、长袍和护目镜。疫情期间，医护人员必须使用如面罩、防护镜等其他类型的专用防护装备。其中，医护人员经常使用的防护装备（医用口罩、呼吸器、手套、长袍等）主要以纺织品为主。

为更好保障医护人员的职业健康和安全，美国业界意识到，进一步研究呼吸与皮肤防护装备领域已迫在眉睫，以帮助纺织或材料工程师研发高性能的呼吸与防护装备。

防护装备的前世今生

医护人员需要佩戴包括医用口罩、牙科口罩和呼吸器等不同类型的呼吸防护装备才能挽救患者的生命。医护人员使用医用口罩已相当普遍，但医用口罩并非只是用来保护医护人员免受传染病的侵害，也是为了让病人免受医护人员咳嗽或呼出分泌物的影响。因此，口罩更适合用作呼吸防护装备，特别是在可能含有大流行性和传染性病原体的医疗环境中。

20世纪初，医用口罩主要由可重复使用的多层棉纱制成。这种多层结构使口罩防护性提高。然而，这种多层结构的口罩影响了透气性和舒适度。20世纪中叶，作为阻止空气中致病微生物（如病毒、细菌和真菌）传播的可靠方法，用玻璃纤维无纺制成的一次性口罩引入市场。20世纪90年代，不同类型的纤维（如聚丙烯和纤维素）也用于生产医用口罩。

由不同纤维材料制成的口罩，防护效果各不相同。从高到低的纤维材料分别有聚丙烯、聚酯人造丝、玻璃纤维和纤维素。目前，对佩戴者皮肤造成刺激的玻璃纤维已很少使用。而具有高疏水性的聚丙烯是最常用的纤维，其芯吸能力可确保口罩和面部间干燥舒适，并形成小气候。现代医用口罩通常由三层无纺布组成：罩网、过滤层和外壳织物。紧贴佩戴者皮肤的罩网是纺粘无纺布垫。罩网和外层之间的过滤层是熔喷无纺布垫，主要用于阻止有害的气溶胶颗粒、微生物和体液浸入。过滤层的外层织物是暴露在环境中的最外层。该织物由纺粘无纺布垫制成。

尽管最近研发的医用口罩能有效隔绝空气中较大微生物颗粒或咳嗽以及打喷嚏时释放的有害物，但却很难阻止亚微米微生物或颗粒物的渗入。此外，医用口罩并不能完全保证边缘无空气泄漏。因此，医护人员若接触到新冠、流感和艾滋病病毒等大流行性传染病患者，这些口罩就无法真正杜绝疾病的传播。

在20世纪末，专为医疗人员研发的空气净化微粒呼吸器诞生。该产品能有效过滤一切微生物，避免口罩边缘的空气泄漏。在佩戴时，建议使用鼻夹调整贴合佩戴。这有助于减少微生物或有害颗粒的侵入。

呼吸器的过滤功能

传统的呼吸器包含四层或五层无纺布。这类设计让两层或三层由紧密堆积的超细纤维基熔喷无纺布制成，过滤器层夹在聚丙烯无纺布罩网和外层织物间。有些呼吸器的过滤层是由聚丙烯和带电荷的纤维组合而成，这对呼吸器而言是一次额外升级。与标准聚丙烯过滤层相比，它能通过静电将有害颗粒和微生物挡在过滤层外，因此拥有更高的保护效果。事实上，通过添加静电放电纤维，过滤层在不影响保护效果的情况下会减低密度。这种空穴较小的结构能为佩戴者提供更好的透气性和舒适度。然而，需要注意的是，当暴露在气溶胶环境中时，这类纤维的过滤效率会随时间的推移而降低，从而降低呼吸器的效果。

目前，美国国家职业安全卫生研究所（NIOSH）根据过滤效率和防油气雾剂的能力对呼吸器进行了统一分类。根据能过滤95%、99%和99.97%（基本上100%）的气溶胶过滤效率，过滤器被分类标记为95、99和100。通常使用最具穿透性的颗粒尺寸，即约为0.1～0.3微米的空气动力学直径测试这3种过滤效率水平。考虑到防油雾剂的效能，呼吸器可分为n级、r级和p级。呼吸器若不耐油，则为n级；呼吸器若对油有一定抵抗力，则为r级；如果呼吸器对油有很强的抵抗力，则为p级。若呼吸器的字母数字代码是p100，则代表其可以过滤99.97%的空气颗粒物，且对油有很强的抵抗力。因其价格低廉且使用方便，不需任何清洁和维护的一次性N95呼吸器成为医护人员的普遍选择。

综上所述，尽管市面上有不同类型、不同效率的呼吸器，医护人员仍有接触空气中微生物的风险。对于全球范围内新出现的大流行传染病新冠肺炎、埃博拉等疫情，现有的呼吸器也许不能完全隔绝空气中的微生物。此外，使用者应正确佩戴呼吸器，既能防止吸入微生物，又能保持舒适。糟糕的是，许多致病性微生物被截留在呼吸机的纤维材料中，即使在呼吸机处理后也能存活较长时间。这些呼吸器的机械操作很有可能将被过滤的微生物转移到其他介质中，从而造成二次感染风险。

皮肤防护装备

从提供治疗和处理相关装备到更换患者衣物、记录治疗等，医护人员必须用手完成大部分（甚至全部）的日常工作。因此，他们的手很容易接触到可能含有致病微生物的体液。为防止液体微生物传播，自1890年起，佩戴无菌医用手套已成为医护人员的标准做法。200多年来，医用手套的生产有了很大的改进。目前，医用手套通常由乳胶、丁腈橡胶、乙烯基或氯丁橡胶等制成的防水纺织聚合物制成，可避免医护人员直接接触受污染液体。一般来说，这些手套分为检查手套和手术手套。检查手套通常用玉米淀粉润滑，使其佩戴舒适。然而，手术手套没有润滑，若这样，手术过程中患者可能吸入玉米淀粉并阻碍伤口愈合。尽管这是值得考虑的重要因素，但为了给医护人员和患者提供最大限度的保护，手术手套应该更精确地考虑佩戴者的适合度和尺寸。

和手一样，医护人员的其他身体部位也可能接触到受污染的液体。为防止病原体的传播，从19世纪初以来，医护人员就开始使用专门的医疗防护服。这些长袍通常由一块长布缝成，用斜纹带绑在身后。传统的医疗服装为白色，代表纯洁和善良。然而，为帮助医生在手术期间恢复视力，手术服装通常是绿色或蓝色的。一次性医疗服由纸或薄塑料制成，可重复使用的医疗服通常由天然（如棉）或合成（如聚酯）纤维制成。这些纤维通过纺丝工序纺成纱，然后织成布，最后做成医用防护服长袍。

为给医护人员提供更好的保护和舒适感，用于医用长袍的面料要求防水、透气（水蒸气渗透）。通过以下方法可以设计为防水透气织物：（1）表面经防水（硅酮或氟化学）处理的紧密编织（半篮、平纹或斜纹织物）织物；（2）无纺棉布上的微孔（孔径＜2～3微米）膜或涂层（聚氨酯、聚四氟乙烯、丙烯酸或聚酰胺酸）；（3）亲水膜或涂层（如聚氨酯基热塑性弹性体）；（4）智能聚合物（形状记忆聚氨酯）。除上述功能要求外，医用防护服还必须确保无可存留传染性微生物生长的条件。上述功能可预防在重复使用时对医护人员造成二次感染的风险。为此，抗菌染整（例如银/金属化合物整理、季铵化合物整理、N-哈拉明整理）通常应用于生产可重复使用的医用长袍织物。

综上所述，防水、透气和抗菌织物生产医用长袍的技术应用多种多样。在选择特定技术时，需要着重考虑如下几点：（1）所需织物的物理和化学特性，包括厚度、孔径和拒水性；（2）防护病原微生物的形状、大小和其他如形态、运动性和对环境温度的适应等特征；（3）微生物液体载体的关键特性（表面张力、体积和粘度）；（4）构成医护人员环境相关的物理、化学和热应力等外部环境。

更深层次的见解

卫生组织和管理机构一般都要事先告知医护人员，在敏感工作环境中使用呼吸和皮肤防护装备的重要性。工作人员在职期间还应参与有关呼吸和皮肤防护装备穿脱方面的适当培训。为有效预防新冠肺炎、埃博拉和其他病原体等新发传染病，研发新型呼吸器和防护服的呼声日益高涨，这是因为需求暴增的缘故。此外，人们呼声高涨，即要求对在呼吸器和长袍的尺寸及合身性进行技术上的重新设计和评级中加入面部结构、人体测量和佩戴者的舒适性等考虑因素。最后，新开发的呼吸器和防护服材料应减少二次感染概率。总而言之，美国防护服的研发之所以着重于高性能呼吸性和防护性，是因为现有的防护装备并不能完全适用于医护人员所需，尤其不适用于新冠肺炎疫情下的需求。