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2020/09/25

本黨秘書長分享的新知識!健康新視界:潘懷宗》美國研究:若醫護外科口罩缺乏 民眾用兩層棉布自製口罩OK!中時新聞網
口罩已成為防堵新冠肺炎最重要的方法之一,口罩的形式有很多種,但你所買到的口罩真的能夠有效阻止飛沫和空氣中的氣溶膠嗎? 2020年8月7日,美國科學家雜誌報導了一篇發表在《科學進展》(Science Advances)上的研究報告,文章內介紹了一種簡易的評估方法,這個方法可以輕鬆用肉眼看出說話時噴出的飛沫,以及不同類型的口罩能否有效減少飛沫的擴散。作者使用廉價但功能強大的雷射光來建立一個光幕,利用飛沫通過光幕時會把光線散射的原理,我們肉眼就可以輕鬆看到液滴分布的情形。利用這樣一個簡單自製的儀器(圖1),來測試各種不同口罩的性能。麻薩諸塞州總醫院感染控制科副科長謝諾伊醫師(Erica Shenoy)就說道,各種口罩的防護效果本來就不一樣,而這次的實驗證實了我們每天在公共場所看到的各種口罩的效果,真的是好壞差很多。

這個實驗的起心動念,要從一位芭蕾舞服裝設計師說起,她在社交媒體上,向杜克大學醫學院的肥胖醫學專家韋斯特曼醫生(Eric Westman)發送了一則訊息,內容是她聽說韋斯特曼教授正在為弱勢的民眾採購和製造口罩,而她的服裝設計師團隊也正好想要做公益,因此希望能加入這次的口罩製作行列。服裝設計師平常是將布料用於宴會的華美禮服上,但現在他們卻要用漂亮的剩餘布料製作口罩。由於韋斯特曼教授需要一種簡單的方法來測試各種布料的防護性,因此他拿起電話,向同校(杜克大學)的化學系教授們求助,而生物醫學成像專家費雪教授(Martin Fischer)欣然地接下了這個挑戰,並且邀請他正在唸大學的女兒參加,因為這樣他們父女兩個人就可以緊密合作,而不必擔心別人的口水可能會傳染新冠肺炎,其實,應該是爸爸不嫌棄女兒的口水吧(哈!潘老師自己的心聲)。

他們父女倆利用紙箱、雷射發光器、透鏡和智慧手機的相機建立起了一個簡單的評估工具,這個工具能夠捕獲空氣中的小水珠。費雪教授先使用圓柱形透鏡將鉛筆狀的光束拉伸成薄的“光片”,使其穿過黑箱子側面的狹縫。當一個人向盒子裡講話時,飛沫噴出穿過光片時,小水珠就會將光線散射到不同的方向,另一端的手機攝影功能就可以錄影下來飛沫散射的情形。於此同時,利用一個簡單的電腦演算法可以計算出液滴的數量以及液滴通過薄片的速率,整個安裝成本不到200美元。賓夕法尼亞大學醫學系的巴克斯同學(Christina Bax)說,我認為使用這種便宜且容易觀察的雷射散射方法非常聰明,肉眼就能看到效果(偷偷告訴你,其實是在誇他自己)。2020年初,巴克斯教授就已經和美國國衛院(NIH)的研究人員合作,開發了類似的技術,他們也發現,當人們說話時,飛沫確實飛散得到處都是,超出我們的想像。

費雪教授和他的女兒測試了14種不同口罩(圖2)阻止飛沫傳播的能力,包括一線醫護人員使用的醫用級N95(帶有或不帶有呼吸閥門)、一次性外科口罩、手工縫製的棉口罩、圍巾口罩、或頭巾口罩等等。每種口罩都要連續五次在盒子裡說“請大家保持健康”,並分成帶著每種口罩的實驗組和不帶口罩的控制組。

實驗結果告訴我們,即使人們只是在講話,那些飛沫微粒漂浮的數量之多,讓人大開眼界,韋斯特曼和費雪發現人們不戴口罩說話時,每秒能呼出數百顆飛沫的水珠,其中許多水珠非常小,但在黑盒子內經雷射光散射後,可以呈現綠色閃爍,非常容易辨識(圖1中之小插圖)。在他們測試的眾多口罩中,沒有閥門的N95口罩表現最好,只有0.1%的顆粒跑出來到空氣中。有閥門的N95口罩可以很好地保護穿戴者,但它仍然會有飛沫跑出來到空氣中,去傳染別人,因為有呼氣閥門所致。而手工縫製的兩層棉布口罩(hand-sewn cotton masks)和一次性手術口罩表現竟然一樣良好,大大減少了說話時散佈到空氣中的飛沫數量。

實驗也發現,使用彈性纖維製成的護頸(neck gaiters)或頭巾(bandanas)對飛沫的防護效果就非常差,甚至比不戴口罩還要糟,很難想像吧! 作者解釋可能的原因是所謂的「奶酪刨絲刀」(cheese grater effect)作用,想想看,當較大顆粒的口水穿過多孔材料(圍巾和頭巾)時,會被進一步再切碎成更小的顆粒噴出,因此飛沫的顆粒數目反而比起原來的更多更細,飄得更遠。韋斯特曼教授本來認為有戴護頸或頭巾時,順手拿來遮擋飛沫,總比沒有遮來得好,但是,萬萬沒想到護頸或頭巾的多孔材質會把飛沫變成了更加細小的氣溶膠顆粒,不僅沒有防護作用,還會增加傳播病毒的機會,令人完全出乎意料之外。另外,針對不同的音調,音量,發音甚至個別語言的差異,以及織物品質和口罩的密合與否,都會有不同的飛沫噴灑結果。實驗證明,如果普通民眾真的買不到一次性外科口罩時,自製的兩層棉布口罩在物資短缺時,是可以使用的,而N95口罩則應該留給一線醫療人員使用,一般民眾沒有必要使用。

韋斯特曼跟費雪已經為這個新儀器申請專利,他們想讓這個產品在社區中或博物館中當作教學工具,向民眾說明為什麼口罩如此重要以及如何正確佩戴口罩。另外,對於製造口罩的公司也可以自行輕鬆地測試口罩的功效,或甚至在資源匱乏的國家中能作為昂貴的雷射設備的替代品。醫學系學生巴克斯說到,用肉眼就能夠看到飛沫的噴濺錄影片,可以更加理解每個人講話時飛沫噴灑的情形,真的是一項很棒的發明,絕對值得拿來當作社區衛教之用,應該大力的推廣。(作者為陽明大學醫學院教授,佛光大學講座教授)