新闻亮点N95口罩Dana Mackenzie高级技术作家工程6（2020）593随着COVID-19疫情在美国进入第二个月（二零二零年四月），其中一种最简单的医疗设备供应极度短缺：医用级防护口罩，通常设计并指定仅供一次性使用。现在，为了满足关键和快速增长的需求，中国和美国的工程师正在设计新的程序来净化和重复使用医院现有的口罩（图1）。虽然其中一些程序需要专门的设备，但其他程序非常简单，可以在家中使用（图2）[2，3]。如何杀死病毒？这并不困难，只要病毒不在人体内。哈佛大学T.H.流行病学助理教授迈克尔·米娜说：“最简单的方法是戴上口罩，让它在外面呆上两周。”公共卫生学院。我们知道病毒往往会在十天左右后消失。然而，这种缓慢的解决方案并不特别实用。五种快速杀死病毒的方法是辐射，熏蒸，热水加热，蒸汽或烘烤。这些方法似乎都是有效的，但这并不是成功去污的唯一标准。同样重要的是，口罩在去污过程中要像新的一样。根据来自3M（Maplewood，MN，USA）的技术公告，Fig. 1. N95口罩（如图所示的图片来源：杜克大学，经许可。图二.北京化工大学陈建峰教授及其同事开发的口罩再利用图片来源：Courtesy of J. F.尘根据美国N95口罩制造商的说法，一种好的去污方法应该满足四个①对靶生物有效，如引起2019冠状病毒病（COVID-19）的严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）病毒;②不损坏呼吸器https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.04.0032095-8099/©2020 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng×594D. 麦肯齐/工程 6 （2020）593一些明显的方法无法通过这些测试。例如，微波可以部分熔化面罩[5]。酒精和漂白剂会破坏面罩内的静电荷，这对面罩的正常功能至关重要[5，6]。N95面罩的活性层是90%的空空间，因此纤维需要帮助捕获95%的通过颗粒-它们从静电中获得帮助[6，7]。1. 紫外线辐射和熏蒸上述五种方法中的第一种，紫外线（UV）辐射，目前正在美国内布拉斯加州林肯市的内布拉斯加大学医学中心使用[8，9]。他们的程序将两个塔，每个塔包含八个紫外线C（UVC）灯泡，在一个墙壁涂有反射涂料的房间里（图3）[9]。这些面具挂在晾衣绳上，房间可容纳90个面具。测试表明，15分钟的UVC辐射足以杀死病毒[9]。第二种方法是熏蒸。杜克大学医院（Durham，NC，USA）目前正在使用Bioquell，Inc.制造的系统并对其进行检测（Horsham，PA，USA），其将面罩暴露于汽化的过氧化氢[1]。根据使用的机器，过氧化氢的量逐渐增加高达300-750 ppm（1 ppm = 110- 6），并在那里举行20分钟程序中最耗时的部分是毒气;通常需要4小时才能安全进入净化室。但是在那之后戴上口罩是安全的，因为过氧化氢会分解成氧气和水。使用Bioquell Z-2过氧化氢蒸汽发生器（图4），Duke工作人员每个周期可以消毒1250个口罩，每个12小时轮班可以消毒2500个口罩[1]。但是紫外线和过氧化氢方法都需要设备，不是所有医院都有。‘‘Iworry that places around the globe will not have enough masks,and reuse will be ‘‘I would encourage my col-2. 热水加热和蒸汽对于没有这些资源的环境，三种可能的解决方案是热水加热，蒸和烘焙。截至2020年2月中旬，北京化工大学有机-无机复合材料国家重点实验室主任陈剑锋教授领导的团队设计图三.内布拉斯加大学医学中心使用紫外线辐射对N95口罩进行消毒，供医务人员重复使用[9]。用过的口罩挂在两个塔之间的晾衣绳上，每个塔照射八个UVC灯泡; 15分钟的暴露足以消毒，一次可以处理90个口罩。图片来源：University of Nebraska，with permission.见图4。使用Bioquell（Horsham，PA，USA）过氧化氢蒸汽发生器，杜克大学医院的工作人员可以消毒，重复使用，每个周期1250口罩，每12小时轮班2500[1]。由Battelle（美国俄亥俄州哥伦布市）制造和运营的更大版本的设备每天可以处理80，000个使用过的口罩，足以供应多家医院甚至医院系统[10]。图片来源：杜克大学，经许可。特别是对于家庭使用，该方法包括两个步骤（图2）。第一步是将用过的口罩浸泡在热水中温度和时间基于中华人民共和国国家卫生委员会关于杀灭COVID-19冠状病毒的指导[2]。在第二步中，恢复静电电荷至关重要的过滤功能，面具是干燥的标准，但非静电吹风机，10分钟。通过用小纸片喷洒面罩来确认成功再生-如果纸片粘住，则静电荷已恢复。使用这种方法，研究小组发现，在一次去污后，口罩的过滤效率和气流阻力保持不变，外科口罩在十次去污循环后保持不变（表1）[2]。然而，该小组指出，这种方法仅推荐给感染风险低且无法获得新口罩的个人，而不推荐给医疗保健专业人士[2，3]。2020年3月，Chen的团队通过使用高压灭菌器将他们的口罩重复使用调查扩展到临床环境，大多数医院和许多诊所都已经拥有高压灭菌器来消毒手术设备。“人们普遍认为，30分钟121 °C的加压蒸汽几乎可以杀死所有的病原体，”陈说。Chen还指出，美国疾病控制和预防中心认为蒸汽灭菌是医疗机构中最广泛使用和最可靠的消毒和灭菌方法[11]。该小组‘‘We tested regenerated Chen、Wang及其同事目前正致力于优化其基于高压灭菌的方法的技术参数，并进行测试（包括定性拟合测试），以确定该工艺如何影响N95口罩的其他功能和性能3. 烘焙和比较最后，斯坦福大学和4C航空公司的一个小组。（美国加利福尼亚州森尼韦尔），由斯坦福大学材料科学教授D.麦肯齐/工程6（2020）593-596595表1根据中国国家标准GB 2626-2006测试新口罩和再生口罩中0.1 lm颗粒的过滤性[2]。和工程易翠，已经试验了烘焙[6，7]。他们目前的标准是在75°C下烘烤掩模30分钟。 85或100摄氏度的温度似乎也很好，但在该温度下，聚丙烯的性能开始降低。烘焙的一个不确定因素是它是否能有效地杀死病毒。以前的研究是在液体缓冲液或培养基中对病毒进行的，”与崔合作的旧金山Vitalant研究所的科学家Jing Jin说。为了确保烘烤确实能在临床上杀死病毒，金博士目前正在研究干热对聚丙烯布上病毒的影响。虽然她不希望她的最终结果，直到4月中旬，她说，“我非常有信心，75 °C的30分钟是足够的。”假设所有的方法在杀死病毒方面都同样有效，那么选择就归结为其他考虑因素。所以，崔他和他的合作者（包括诺贝尔奖获得者物理学家、斯坦福大学物理学和分子生物学教授朱棣文，他与崔天凯共同创立了4C Air）比较了辐射、蒸汽和烘烤对口罩性能的影响。崔说，当暴露在紫外线下时，口罩在10个去污周期内保持其性能（过滤效率和压降），但在20个周期后“降解相当多”。 面具是三维结构，所以里面可能会有东西，你必须用很高的剂量来消毒。对于蒸汽加热，Cui使用来自沸腾烧杯的蒸汽进行10分钟的循环，而Chen的小组使用30分钟的高压灭菌循环。Cui说，在三个10分钟的循环后，他们没有看到性能下降，但在十个10分钟的循环后，过滤率下降到80%。实际上，它不再是N95口罩。如上所述，北京团队仍在评估多次治疗后高压灭菌如果有崔组的结果与陈组的结果之间存在差异因此，目前看来，Chen小组干热在崔组的测试中表现最好这是三种方法中唯一一种即使在20次循环后面罩仍保持其Cui4. 供需在紧急情况下，美国食品和药物管理局于3月29日批准了杜克大学Bioquell设备的更大版本由Battelle（Columbus，OH，USA）制造和操作的较大版本（基本上是一个改装的运输容器，配有过氧化氢蒸发器和支架以固定面罩）可用于多达20个面罩去污和重复使用周期[10]。Battelle系统已经部署在马萨诸塞州、俄亥俄州和纽约州，每天可以清洁8万个口罩，足以供应多家医院甚至医院系统。然而，截至3月27日，3M继续坚持，在4月初的更新[13]中，制造商表示，虽然过氧化氢和其他去污方法仍在评估中，但由于显著的过滤器降解，不建议烘烤，蒸汽或高压灭菌无论如何，解决迅速枯竭的口罩供应的迫切需要是显而易见的。2020年3月初，美国战略国家储备中约有4200万只口罩，仅为掩码类型地位样本量0.1μ m微粒的平均（范围）过滤率（%）示例照片KF94（Air Puri）新398.6（97.4再生，1个周期398.1（97.7一次性医用（湖北乐鑫）新546.5（45.8再生，1个周期546.0（44.3一次性手术（河南豫北）新576.9（73.9再生，1个周期575.5（74.9再生，10个周期576.2（73.7596D. 麦肯齐/工程 6 （2020）593在大流行中的预计年度需求[14]。如果预计的35亿个口罩确实需要，那么这些在供应方面，3M此前每年在全球生产5亿只口罩自冠状病毒疫情开始以来，该公司的生产率已经翻了一番[15]。3月 31日，3M承诺将其全球产量再翻一番，并在美国每年生产6亿个口罩。即便如此，将这一供应来源（6亿）与潜在需求（35亿）相比，仍存在明显差距。口罩很可能需要重复使用，而且是多次重复使用。美国在缩小差距方面得到了一些帮助4月 2日，波士顿市收到了来自中国的120万只口罩，据报道还有更多的口罩正在运送中。但即使是这份慷慨的礼物，与通过去污和再利用可能获得的口罩数量相比，也是微不足道的这一战略得益于美国和中国科学家的研究。引用[1] Schwartz A，Stiegel M，Greeson N，Vogel A，Wisann W，Brown M，et al.用过氧化氢蒸汽对N95消毒器进行去污和再利用，以解决SARS-CoV-2（COVID-19）大流行期间全球个人防护设备短缺问题。Appl Biosaf 2020.在出版社。[2] 郑伟[Can不买口罩？经过再生处理后可重复使用！] [互联网]。北京：科学网;2020 年 2 月 14 日 [ 引 自 2020 年 4 月 6 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/2/435754.shtm 中文.[3] 张志，邢勇。新的可重复使用的口罩在生产[互联网]。香港：中国日报; 2020年3月 2 日 [ 引 用 2020年 4 月 6 日 ] 。 网 址 ： https ： //www.chinadailyhk.com/article/122864网站。[4] 3M N95等3M过滤式口罩的去污方法呼吸器[互联网]。技术公报;2020Mar[2020年4月3日]。可查阅：https://multimedia.3m.com/mws/media/1824869O/decontamination-methods-for-3m-filtering-facepiece-determinators-technical-bulletin.pdf。[5] Viscusi DJ，Bergman MS，Eimer BC，Shaffer RE.过滤式口罩五种去污方法之评估。Ann Occup Hyg2009;53（8）：815-27.[6] 廖丽，王X，于X，王H，赵M，王Q，等. 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