看起來如此簡單輕巧的口罩是怎么誕生的呢

文章來源：蝌蚪五線譜

2020年，在前所未有的全球大疫情之下，人類史無前例地與口罩產生了強烈的羈絆。這種原本只有少數人會使用的特別醫療物資，突然成為了大眾日常生活的必需品，甚至可以說，口罩是目前對抗新冠的最強大武器之一。

那看起來如此簡單輕巧的口罩，是怎么誕生的呢?

布片到鳥嘴：遮擋異味

中世紀的歐洲蔓延著很多疫病。文藝復興時期的畫作中，就描繪了人們用手帕遮擋口鼻防止得病的場景。

1720年，法國馬賽鼠疫爆發得最嚴重的時候，整個城市及周邊地區約有十萬人喪生。挖墓人替死者們下葬時，須用布緊緊裹著臉保護自己。

實際上，鼠疫是通過老鼠身上的跳蚤傳播的，佩戴這種布料口罩并沒有什么用。不過，當時的人認為，鼠疫是通過腐敗的臭味在空氣傳播的，所以他們的行為也就很合理了。

由于用布料包裹口鼻太不方便，人們特意給醫生發明了一種類似于鳥嘴的口罩，這大概就是最初的口罩了吧。

誰發明了口罩?外國人還是中國人?

這種鳥嘴口罩實際上是面罩——面罩上有兩個眼睛處的玻璃開口，嘴部彎曲呈鳥嘴型，面罩的最前方有兩個小鼻孔供氣體進出，為什么要這么長長的鳥嘴呢?

因為里頭裝填了香料、干花、薄荷等物質，醫生戴上面罩后，呼吸到的空氣就是帶有香味的了，在當時的人看來，這就是把致病的東西過濾掉了。

雖然鳥嘴口罩的防護能力基本為零，但這套裝束也有可借鑒的地方，醫生們除了戴鳥嘴口罩外，還會穿長袍、戴帽子手套等防護工具，避免接觸病人，這些手段還是有可取之處的。

手術時的口罩：阻擋唾液

1870年代之后，科學家們逐漸意識到了細菌的存在。隨著現代微生物學的發展，原本“臭味傳播疾病”的觀點逐漸被拋棄。

1890年代，德國細菌學家卡爾·弗呂哥(Carl Flugge)提出，肺結核是通過飛沫在空氣中傳播的。

根據這個“口水飛沫很可能散播疾病”的觀點，1897年，外科醫生們第一次戴上了口罩。

誰發明了口罩?外國人還是中國人?

德國細菌學家卡爾·弗呂哥(Wikipedia)

其實，這些口罩的防護能力并不強。它們只是松松垮垮地掛在臉上，細菌、病毒顆粒還是可以從側面進入的。

不過，醫生們戴這些口罩的目的并不是為了保護自己，他們是擔心手術期間說話、咳嗽、打噴嚏時的飛沫會進入病人的傷口。

這種外科口罩逐漸在各地推廣開來，不過它們的使用場景很局限，僅限于外科手術間內，作用一直都被嚴重低估，直到1910年秋天，一場可怕的瘟疫席卷了中國東北。

1900年代的手術臺，只有主刀的兩人戴了口罩(Wikipedia)

第一次在防疫中大顯身手

在東北爆發的是鼠疫。當時像是世界末日，在最初的癥狀出現后的一兩天內，病人就會死亡，鼠疫幾乎殺死了每一個感染者。最要命的是，人們當時連這種病是怎么傳播的都不知道。

一位名叫伍連德的醫生被雇傭來領導防疫工作。他曾在劍橋大學學習醫生，但跟全球各地關注這場瘟疫的醫生們相比，他的履歷可以說是不值一提。

他在調查研究后大膽地提出了一個新觀點：這次的鼠疫并不是由跳蚤傳播的，而是靠空氣傳播。

伍連德(Wikipedia)

根據這個觀點，伍連德想起了他在美國手術室里見過的外科口罩，于是用紗布和棉布制成了相似但是更佳堅固耐用的版本。這項發明是一項重要的突破，口罩的防護能力大大增強。

不過，當時很多人懷疑他的觀點：因為鼠疫過去都是靠跳蚤傳播的，怎么會突然變成了靠空氣傳播了呢?

有一位名叫葛瑞德·梅斯尼(Gerald Mesny)的法國醫生就強烈否認伍連德的說法。為了證明伍連德的口罩沒用，他在沒有保護裝備的情況下直接到鼠疫醫院看望生病的患者，結果兩天后就因為感染逝世了。

伍連德的口罩在臨床和實驗中都被證實有效。1911年初，口罩的產量大幅增加，成功阻止了瘟疫的蔓延，而伍連德很快成為了國際報紙爭相報道的英雄人物。

因為口罩對大眾來說是一種非常新穎的東西，而佩戴著口罩的照片刊登在黑白報紙上時有著強烈的吸引眼球的能力，這種病毒式的報道和宣傳，也意外地讓口罩成為了現代醫學的象征。

不久后，1918年西班牙流感大流行，人們紛紛戴上口罩，更是進一步推廣了口罩。

1911年，東北的醫學工作者(劍橋大學)

N95的誕生

不過，科學家們很快發現，這種布口罩的防護能力依然還有進步空間。1972年，3M公司開發出了第一個N95口罩。3M公司的前身其實是一家礦業公司。

它之所以積極開發防護口罩，是因為礦業工人也需要口罩來保護，可以減少職業性粉塵肺病的發生。而“N95”意味著這些口罩能夠過濾掉至少95%的空氣中的顆粒。

N95口罩(3M公司)

N95口罩的設計究竟是什么樣的呢?在顯微鏡下， 可以看到有很多細長緊密的纖維，中間有一些空隙，可以讓空氣流通。

當顆粒(比如粉塵和病毒)被吸入口罩時，它們會因為靜電而被吸附在口罩的纖維上。這種口罩佩戴得越久，濾過能力就越強，因為纖維捕獲的顆粒越多，就越能吸附更多顆粒。

然而，隨著時間的推移，纖維之間的空隙越來越小，呼吸也會變得困難。這就是為什么N95口罩最好不要一次佩戴超過八個小時的原因。

N95的納米纖維，以及各類物體的大小對比(從左到右：病毒、pm2.5粉塵、頭發、花粉)(Teflex)

除了讓人呼吸困難之外，N95其實還有別的缺點：它的設計不能很好地貼合兒童的臉部，如果佩戴者留著胡子，密封效果同樣很差。而且在高風險的手術室中的N95口罩是沒有呼吸閥的(這是為了保護手術的病人)，所以佩戴時口罩會變得滾燙。

在新冠的大流行之后，N95口罩再一次登上了國際矚目的舞臺。成千上萬的科學家們此時此刻正在研究如何更好地改進N95口罩，也許不久的未來，我們又可以再一次見證口罩的升級了。