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2019年,全球爆发新冠肺炎,至此之后,口罩成为了生活必备品。医用外科口罩和N95口罩被认为是降低COVID-19传播风险的最有效口罩。然而,鉴于N95口罩作为一次性用品的价格相对较高,人们普遍使用医用外科口罩。但是,殊不知口罩对人体也产生威胁,戴口罩应考虑人体会吸入口罩本身产生的微塑料!

医用外科口罩分为三层,前后盖均采用聚丙烯(Polypropylene,PP)材质,纤维直径约为20 µm。熔喷布是生产医用外科口罩的核心材料,其主要成分是PP。熔喷布的纤维直径约为1-5 µm,因此,它表现出高过滤性能,足以去除细菌、悬浮颗粒、液滴和气溶胶(图1)。由上述材料制成的口罩在使用和重复使用过程中会产生微塑料或纳米塑料。这种情况可能导致通过呼吸吸入微塑料的风险。当然,微塑料也存在于空气中,可以在呼吸时被吸入。

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图1 医用口罩结构与生产工艺流程(图源:前瞻产业研究院)

目前最常用的商用口罩有外科口罩、N95口罩、棉口罩、时尚口罩、活性炭口罩、无纺布口罩等。戴口罩可能会导致微塑料吸入,包括来自空气和口罩材料的微塑料。口罩常见的消毒工艺包括简单清洗、紫外线(Ultraviolet,UV)光照射、吹风机消毒、酒精消毒和日光照射。熔喷布易碎,水洗、酒精消毒、烘干等都会破坏其纤维结构,导致其失去保护功能。常见的消毒过程会损坏口罩的结构,并增加吸入口罩产生的外源物质和微塑料的风险。

中国科学院:戴口罩

会带来微塑料吸入风险

2021年6月,中国科学院大学研究团队在Journal of Hazardous Material发表题为 “COVID-19: Performance study of microplastic inhalation risk posed by wearing masks” 的研究结果(图2)[1]。研究发现无论是否戴口罩,球形和纤维状微塑料造成的吸入风险都很高;与戴其他口罩和不戴口罩相比,N95口罩在减少球形和纤维状微塑料吸入方面表现出良好性能

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图2 研究结果(图源:[1])

本研究选择了七种典型的商业口罩,通过使用模拟呼吸设备研究了通过不同类型的面罩吸入微塑料的情况;调查了在各种消毒过程后佩戴不同类型的口罩引起的微塑料吸入(图3)。本研究可为根据需求选择使用或重复使用的口罩提供指导。

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图3 研究测试所用口罩(图源:[1])

外科口罩和无纺布口罩的区别在于它们的中间层:外科口罩的中间层是由熔喷布制成的,无纺布口罩的所有层均由无纺布纤维制成;棉质口罩由棉制成;活性炭口罩有由无纺布制成的内层和外层,以及由活性炭布制成的中间层;时尚口罩由三层有机聚合物制成,具有立体网状结构;N95口罩由五层PP制成,外层和内层是纺粘的,中间三层是熔喷的。

研究发现:

吸入纤维状微塑料量的增加与口罩使用时间线性相关

与不戴口罩相比,所有口罩使用2h内有助于降低人体吸入空气微塑料量:不戴口罩>活性炭口罩>外科-B型口罩>棉质口罩>时装>无纺布口罩>外科-A型口罩>N95口罩;佩戴劣质口罩超过4h会造成更高的纤维状微塑料吸入风险;佩戴劣质口罩720h,塑料颗粒主要来源为口罩本身,且只有N95口罩吸入纤维状微塑料的风险较小:活性炭口罩>外科-B型口罩>棉质口罩>时尚口罩>无纺布口罩>外科-A型口罩>不戴口罩>N95口罩。

口罩可以从其制造材料产生纤维状微塑料

在纤维状微塑料吸入风险方面,戴口罩少于168h(7天)低于不戴口罩,但外科B和活性炭口罩除外,口罩产生的纤维状微塑料为主因;N95在所有测试的口罩中表现出低微塑料吸入风险。

在球形微塑料颗粒吸入风险方面,无论是否佩戴口罩,球形颗粒吸入风险都很高:当使用时间为2h时,使用N95、外科-A、棉花、时尚、无纺布、外科-B、活性炭口罩和不戴口罩观察到的球形颗粒累积量分别为1695、1808、2241、3110、2152、3090、2212和3918;随着使用时间的增加,与不戴口罩相比,戴口罩吸入球形塑料风险持续下降;与不戴口罩相比,N95的微塑料吸入量在测试2小时后为43%,测试360小时后为4%,表明通过N95口罩的空气中球形微塑料会随着时间的推移而减少。

不同消毒处理将增加口罩球形和纤维状微塑料吸入风险

水洗和室内自然干燥是最温和的重复使用口罩处理方法,也对所有口罩结构的损坏和球形微塑料吸入风险影响最低;酒精消毒对口罩结构造成的损害最为严重,尤其是N95;阳光照射对外科口罩的影响最小;与未经处理的口罩重复使用相比,经过消毒处理后的口罩纤维状微塑料吸入风险增加。

外科口罩使用2小时,产生的微塑料颗粒直径范围为20-500 μm

外科口罩使用两小时后,Laser Direct Infrared (LDIR)识别出其产生的微塑料颗粒的直径范围为20 µm至500 µm,其中20-30、30-100和100-500 µm分别占46%、45%和9%。

本研究调查了使用口罩2-720h和重复使用经过不同消毒方式处理的口罩所带来的球形和纤维状微塑料吸入风险。无论是否戴口罩,球形和纤维状微塑料造成的吸入风险都很高;即使经过不同的消毒处理,与其他口罩和不戴口罩相比,N95在减少球形和纤维状微塑料吸入方面表现出良好的性能;所有消毒过程都会导致不同程度的微塑料内部结构损坏,增加吸入微塑料的风险。

众所周知,物理直径小于100 nm的颗粒可被人类细胞内吞,且具有干扰细胞功能的风险。尽管空气中的微塑料和其他颗粒物对人体的影响尚不清楚,但这项研究的结果仍然为佩戴口罩提供了足够的指导。研究人员指出:“在新冠肺炎大流行的情况下,使用口罩防护至关重要。尽管戴口罩可能会导致吸入一些微塑料,但与保护人类免受新冠病毒感染相比,这只是一个微不足道的问题。

撰文|文竞择

排版|乔维钧

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参考资料:

[1] Li L, Zhao X, Li Z, et al . COVID-19: Performance study of microplastic inhalation risk posed by wearing masks. J Hazard Mater. 2021 Jun 5;411:124 955. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.124955. Epub 2020 Dec 30. PMID: 33445045; PMCID: PMC7773316.

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