一次性口罩性能提升和多次使用方案：无损杀毒，便携检验，性能提升

白所，徐奇，张瑞超，成博浪，成立，秦勇*

兰州大学，物理科学与技术学院

*联系邮箱：qinyong@lzu.edu.cn

春节期间，面对前所未有的疫情形势，一次性医用口罩等防护性用品需求激增，其需求远超我国甚至世界的口罩产能，一次性口罩供给严重不足，这给广大百姓和医护人员安全防护带来严重危机。面对新冠疫情，对于广大民众来说，有效的口罩重复性使用方案不仅使大家在心理上得到放松，更重要的是真正起到防护病毒的效果，否则，没有效果的口罩反而使民众因心理放松会增加感染风险。

为了解决口罩的有效重复性使用问题，应该在“如何简单判断口罩的性能”、“如何杀毒灭菌才能既保证完全杀毒灭菌又对口罩结构性能无损伤或影响极小”以及“如何在口罩性能降低后使其提升”等三个方面进行研究。针对口罩多次使用的问题，我们给出以下建议路线和技术方案。同时，建议即使对于新口罩，也对一个品牌的口罩随机取一个测量其带电情况，不带电的口罩其过滤性能通常不会太好。

1、性能检测：家庭通常不具备专业测量口罩过滤效率的设备，但根据我们的研究：口罩过滤性能与口罩带电状态尤其是口罩中间无纺布层的带电状态直接相关，口罩的过滤性能是由其中间无纺布层决定的，而中间无纺布层是否带电可以使口罩过滤性能相差30%到一倍左右。对于有些初始就不带电的口罩，我们在实验中发现可以通过补充电荷使其对300 nm微粒的过滤效率从不到40%提高到80%多、接近90%。因此，可以通过测试口罩的带电情况来评估其过滤性能，下面我们演示如何通过简单的家庭自制验电器来准确测量无纺布层是否带电和电势大小。具体方法为：

(1) 利用身边的废旧物品，准备一个易拉罐（或其他金属瓶其他金属瓶），一段金属线，一小张锡箔纸（或铝箔），以及剪刀等部:

(2) 将锡箔纸裁剪成两片水滴状的小片：

(3) 将金属线弯制成尾端带勾状，并将锡箔纸挂于金属线尾端：

(4) 将安装好的锡箔纸与金属线从边缘开口的易拉罐顶端放入易拉罐中，调整角度后固定金属线。一个简单而又实用的验电器就做好了：

这步的关键点是让电线尽可能远离易拉罐金属，否则易拉罐整体上的大量电子就会被感应而冲淡了下端用于指示带电多少的两片铝箔所能被感应的效果了，弄个塑料瓶盖的目的是使铜线居于易拉罐口的中间、离周围的易拉罐金属远点，让易拉罐既能屏蔽外部带电干扰又不至于影响静电感应使底部指示的两片铝箔张开。

详细操作可参考以下这个视频：

2、口罩灭菌：对于一次性口罩的灭菌应该满足：(1) 家庭可以使用，方便廉价；(2) 必须确保完全杀毒灭菌；(3) 对口罩结构和性能两方面无损伤或者影响极小。我们推荐空气中的均匀加热灭菌法和兰州大学徐国强老师开发的二氧化氯气体熏蒸法，两种方法任选其一均可满足上述要求。均匀加热杀毒灭菌法要点是避免水、酒精等液体或气体侵入口罩的同时给口罩提供一个均匀的80°C热场，可以使用烘箱恒温加热或者将口罩至于空瓶后沸水煮的方法来实现。这个方法一定要注意防止水或者冷凝水汽接触到口罩(所以若使用煮水瓶加热的话最好在瓶口处放个纸巾吸湿)。均匀加热杀毒灭菌法的具体操作请参考这个视频：

3、性能提升：根据前面的分析，口罩中间无纺布层是否带电对于口罩的过滤性能影响巨大，佩戴造成口罩性能的衰减主要是由于其带电量和电势的衰减。针对有些新口罩初始不带电需要提升性能和初始性能优异的口罩佩戴后衰减的两种情况，均需要对口罩中间无纺布层进行电荷补充和电势提高，同时补充的电荷量和电势需要经过经受住放置较长时间对它们的自然衰减和佩戴过程呼出湿气的衰减影响。我们开发出以下方案来补充电荷、提升电势，从而提升或者恢复口罩的过滤性能。具体方法为：

(1) 取用一段羽绒服上的毛或常见塑料带制备成一个细毛刷：

(2) 将口罩最外层延底部边缘剪开，并将所制备的细毛刷伸入口罩内部，对中间层进行轻轻刷动，时间约为5分钟：

详细操作请参考以下这个摩擦补充电荷的视频：

口罩灭菌杀毒和重复性使用的常见误区：

(1) 毛巾或纸巾制作口罩。不可行，原因在于这类物品空隙太大不足以过滤直径125 nm的新冠病毒或者几百nm至微米尺度的病毒附着物或者气凝胶等，同时其对于水的浸润性反而容易吸附病毒或病毒附着物。

(2) 对口罩的水煮、水浴和酒精灭菌法。不可行，原因在于这类方法会破坏口罩的结构和浸润性、带电量和过滤性能。

(3) 利用电吹风或者打火机放电补充电荷法。不可行，关于这种方法在口罩外侧进行处理可以使其外侧疏水层带电，但却实际上对其中间无纺布层无法有效补充电荷的原因大家可以参阅韩卫华老师在其科普文章《电子点火器真的可以使口罩“浴电重生”么？》中给出的 解释(https://mp.weixin.qq.com/s/qrO1o2u62jYZnP86eNvELg)。

(4) 口罩灭菌的微波加热法。不可行，原因在于构成口罩功能过滤主体的无纺布层是PP材料，无极性，新冠病毒本身结构是对称结构，也无极性。二者均不能把微波能量转化为热能杀死病毒。同时，即使在口罩上先洒水然后再放入微波炉中也不可行，原因在于即使这部分水吸收微波产生热量也会迅速使水挥发，温度难以控制，同时对于口罩的结构和疏水性也容易造成破坏。

这篇科普文章是基于我们近一个月的科学实验给出的，对于网上一些方法的分析也是基于我们的实验和理解，希望对民众在疫情期间的安全防护有所帮助，仅供大家参考，如有冒犯敬请谅解。唯愿疫情早日结束，国泰民安。

致谢：该工作进行当中，得到了很多领导、朋友、老师、同学们的支持、指导和帮助，在此一并表示感谢。感谢王政、徐国强、张强强、海军、韩卫华、张起、于鲲、雷泽林、张靖翔等老师同学朋友们的有益讨论和大力支持，感谢兰州大学校领导和科研院等部门对于假期开放研发团队实验室等方面的支持，感谢中科院遗传与发育生物学研究所王秀杰研究员和华南理工大学胡健教授给予的有益指导和交流。