口罩的目的是阻止病毒，保护他人

西北大学的一组研究人员说，在流感大流行期间，人们戴口罩是为了尊重和保护他人，而不仅仅是保护自己。

考虑到这一点，研究人员开发了一种新的口罩概念，旨在降低佩戴者的传染性。这项研究的中心思想得到了美国国家科学基金会(National Science Foundation)的快速资助，它是用抗病毒化学物质修饰口罩织物，对呼出的飞沫进行消毒。

通过在实验室中模拟吸入、呼气、咳嗽和打喷嚏，研究人员发现，大多数口罩使用的无纺布很好地证明了这一概念。例如，纤维密度只有19%的无绒擦拭巾，按体积计算可消毒高达82%的漏气飞沫。这种织物不会使呼吸更加困难，面罩上的化学物质在模拟吸入实验中没有分离。

这项研究发表在今天(10月29日)的《Matter》杂志上。

领导这项研究的西北大学的黄嘉兴说:“口罩可能是抗击流感所需的个人防护装备中最重要的组成部分。”“我们很快意识到，口罩不仅能保护戴口罩的人，更重要的是，它能保护其他人免受戴口罩者释放的飞沫(和细菌)的侵害。”

huang mask 嘉兴黄

黄补充道:“人们对戴口罩似乎很困惑，因为有些人认为他们不需要个人保护。”“也许我们应该称它为公共卫生设备(PHE)，而不是PPE。”

黄是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程教授。研究生黄海悦和博士后Hun Park都是黄实验室的成员，是这篇论文的共同第一作者。

2020年瑞安奖学金获得者黄海悦说:“在传染性呼吸道疾病爆发的地方，控制传染源是防止病毒传播最有效的方法。”“飞沫离开源头后，会变得更扩散，也更难控制。”

虽然口罩可以阻挡或改变呼出的飞沫的路径，但仍有许多飞沫(以及飞沫内嵌的病毒)逃逸出来。携带病毒的飞沫可以从那里直接感染另一个人，或者落在物体表面间接感染他人。黄的团队的目标是用化学方法改变逃逸液滴，使病毒更快地灭活。

为此,黄试图设计一个面具织物:(1)不会使呼吸更加困难,(2)可以加载分子抗病毒药物如酸和金属离子,可以容易溶于逃过滴,和(3)不含挥发性化学物质或容易由佩戴者可拆式材料,这些材料可能被吸入。

82%新设计可消毒高达82%的飞沫

经过多次实验，黄和他的团队选择了两种著名的抗病毒化学物质:磷酸和铜盐。这些非挥发性化学物质之所以吸引人，是因为它们都不能蒸发然后被吸入。两者都创造了对病毒不利的局部化学环境。

黄说:“病毒结构实际上非常脆弱。“如果病毒的任何部分发生故障，就会失去感染的能力。”

黄的团队在面具纤维的表面生长了一层导电聚合物聚苯胺。这种材料牢固地附着在纤维上，充当酸和铜盐的储层。研究人员发现，即使是密度约为11%的低纤维织物，如医用纱布，也会改变28%呼出的呼吸飞沫的体积。对于较紧的织物，如无绒湿巾(实验室通常用于清洁的织物类型)，82%的呼吸道飞沫被改造过。

就在西北大学进入“只做必需品”的状态之前，黄的团队匆忙地集合资源，开始了这一新的研究方向。几个团队成员收到了“必要的”指定，在伊利诺斯州的“留在家里”命令中工作。

“作为一名顾问，我必须承认，我并没有看到所有的技术挑战，”黄说。“但我很高兴我的团队成员展现了惊人的干劲和创造力，解决了这些困难，完成了工作。”

一个意想不到的困难是如何测量和量化逸出液滴的化学修饰程度。黄说:“对于酸碱改性液滴，我想我们可以简单地在pH值纸上收集它们，然后观察着陆液滴的颜色变化。”“我坚持让海悦和浑沌先试一试，结果却发现浪费了他们几个星期的时间。”

Park还指出了另一个问题:“这些液滴往往会在pH值纸上扩散开来，留下难以察觉的干燥痕迹，而且pH染料的颜色强度不足以在光学显微镜下与干燥的液滴形成清晰对比。”所以即使是‘看到’液滴都非常困难，更不用说测定其中的酸含量了。”

然后Park和Haiyue Huang意识到聚苯胺——他们用来覆盖织物的聚合物——是酸从深蓝色变成绿色的一个很好的颜色指示器。

黄说:“当我发现他们的新想法时，我在嘲笑自己——我应该更早考虑的。”“更让我印象深刻的是，海悦和Hun很快发明了一种制作超平滑且均匀的聚苯胺薄膜的新方法，这种方法可以完美地作为显微镜下观察酸性液滴的比色指标。”

我们的研究已经成为一种开放的知识，我们希望看到更多的人加入这一努力，开发工具，加强公共卫生应对。“黄嘉兴
材料科学家

有了这一突破，该团队能够生成数百张显微镜图像。接下来，黄实验室的一名硕士学生刘义涵(音)远程参与了这个项目，他在家工作，开发成像分析算法，计算出逃逸液滴的修改量。

刘说:“无论如何，我在春夏两季都被困在家里，所以我很高兴能充分利用自己，帮助完成这个项目。”“我的父母很高兴知道我不仅安全，而且还在做一些有意义的事情。我没有辜负他们对我学费的支持!”

今年早些时候，黄召集了一批具有新冠肺炎前沿经验的海外临床和生物医学研究人员，讨论他的假设，提出研究需求，甚至可能的解决方案。研究人员一起在ACS Nano杂志上发表了他们的想法。

黄希望目前的工作能为其他研究人员，特别是世界其他地区的研究人员，开发他们自己的这种化学调节策略，并进一步在病毒样本甚至患者身上进行测试提供科学基础。

黄说:“我们的研究已经成为一种开放的知识，我们将乐于看到更多的人加入到这一努力中来，开发加强公共卫生反应的工具。”“在学校停课期间，这项工作几乎全部在实验室里完成。我们希望向科学和工程领域非生物领域的研究人员以及那些没有太多资源或人脉的人展示，他们也可以贡献自己的精力和才华。”

这项工作主要得到了国家科学基金(RAPID DMR-2026944)的支持。黄是西北大学国际纳米技术研究所的成员，

主题:创新，麦考密克工程学院，研究

记者:查看新闻发布，以获取媒体联系和资产。