1861年法國微生物學家巴斯德(Louis Pasteur)通過試驗,確認空氣中存在會使物質腐敗的微生物;1897年德國醫生費呂格(Carl Flügge)試驗[4]證明,即使普通談話飽含細菌的微小飛沫也會從口鼻噴向空氣中,從而導致傷口感染;同年,奧地利醫生米庫利茲-拉德凱(Jan Mikulicz)倡議施行手術者用口罩將口鼻遮住,以減少外科手術部位感染;Weaver G H于1918年證實使用雙層紗布口罩兩年后,護理白喉感染患者人員的感染發生率降至零,次年他又證明口罩防護能力和紗布網眼大小及層數直接相關[5]。1918年3月-1919年底,全世界約5000萬人死于流感,疫病蔓延期間建議人們在公共場所佩戴口罩[6]。1920年以后,口罩才在相關行業中推廣使用。2002-2003年SARS流行期間,口罩在中國的使用和普及達到新高潮;后由于霧霾的原因,引發公眾對空氣污染問題的重視;2019年底至2020年初,因為新型冠狀病毒感染的肺炎,人們再次紛紛戴上口罩。
2.2 工業及民用口罩
一戰驅動了防毒面具的發展,第一個呼吸器認證計劃是1919年由美國礦務局(USBM)發起的,Gibbs呼吸器是第一個通過認證的工業用品[7]。美國國家職業安全衛生研究所(National Institute for Occupational Safety and Health,NIOSH)和USBM,自1972年開始對呼吸器進行聯合認證/批準。隨著1995年6月美國《聯邦法規》(Codeof Federal Regulations,CFR)第42篇第84部分(Approval of Respiratory Protective Devices)的發布和次年USBM的廢除,NIOSH成為呼吸器的唯一批準機構。批準程序已于2001年轉移到至NIOSH新成立的國家個人防護技術實驗室(NPPTL) [8]。
在規定檢測條件下,過濾元件濾除目標的百分比,分細菌過濾效率(BFE)和顆粒過濾效率(PFE)兩類,是決定醫用防護口罩性能指標的根本性因素。BFE用來衡量口罩在受到含細菌的氣霧劑攻擊時濾除細菌的能力。一般使用含有金黃色葡萄球菌液滴進行測試,金黃色葡萄球菌氣溶膠的平均顆粒直徑(mean particle size,MPS)為(3.0±0.3) μm。PFE用來衡量口罩對亞微米顆粒的過濾效果,以模擬病毒過濾效果。過濾百分比越高,口罩過濾效果越好。粒徑大小包括計數中位徑(count median diameter,CMD)和空氣動力學質量中位徑(mass median aerodynamic diameter,MMAD)兩個指標。CMD即將顆粒物按粒徑大小排序,比其粒徑大的和比其粒徑小的顆粒物個數各占顆粒物總數量50%的粒徑。MMAD即將顆粒物按空氣動力學粒徑大小排序,比其粒徑大的和比其粒徑小的顆粒物質量各占顆粒物總質量50%的粒徑。一般采用氯化鈉(NaCl)顆粒物作為鹽性顆粒物的測試指標,NaCl氣溶膠顆粒CMD為(0. 075±0. 020) μm,MMAD為(0. 24± 0.06) μm;采用鄰苯二甲酸二辛酯(dioctyl phthalate,DOP)或性質相當的油類顆粒物(如石蠟油)作為油性和非油性顆粒物的測試指標,DOP顆粒CMD為(0.185±0.020) μm,MMAD為(0.36±0.04) μm。
4.2 流體阻力(fluid resistance)
流體阻力反映了醫用口罩隔絕液體的能力。美國材料試驗協會(American Society for Testing and Materials,ASTM)規定在80、120或160 mmHg的壓力下使用合成血液進行測試,以符合低、中或高流體阻力的要求。這些壓力與血壓相關,80 mmHg等于靜脈壓力(1級),120 mmHg等于動脈壓力(2級),160 mmHg等于動脈壓力(3級)。
ASTM認證需要口罩在細菌過濾效率、顆粒過濾效率、合成血液穿透阻力和壓力差四個方面都達到相關標準,見表 1。Level 1能阻擋95%的細菌微粒,即使只達到低防護標準,就已經足夠保護一般社區使用者;Level 2與Level 3(中至高防護標準)則需要口罩阻擋至少98%細菌和微粒,壓力差方面則只需低于49.0Pa/cm2,較低防護標準寬松一點,因為較難在達到更佳防護力的同時維持透氣性。中、高防護標準最主要的區別在于高防護(Level 3)標準對于阻擋液體能力的要求更高。醫用N95口罩需要既滿足FDA Surgical Masks-Premarket Notification [510(k)] Submissions Guidance for Industry and FDA Staff標準[17],同時也要滿足NIOSH對于N95口罩的要求,對合成血液穿透和表面抗濕性等進行了測試,而FDA該標準基本上遵循ASTMF 2100標準。
5.3 歐洲
歐盟對于口罩歐洲統一(Conformite Europeenne,CE)認證的標準包括BS EN140、BS EN 14387、BS EN 143、BS EN 149、BS EN 136 [18],其中BS EN 149 [19]使用最多,為可防護微粒的過濾式半面罩,根據測試的粒子穿透率分為P1 (FFP1),P2 (FFP2),P3 (FFP3)三個等級,FFP1最低過濾效果≥80%,FFP2最低過濾效果≥94%,FFP3最低過濾效果≥97%。FFP2口罩與上文提到的醫用防護口罩、KN95口罩、N95口罩過濾效率十分接近。醫療口罩必須遵循BS EN 14683標準(Medical face masks-Requirements and test methods),可以分為三個等級:最低標準TypeⅠ、然后是TypeⅡ和Type ⅡR [20]。見表 1。上一個版本是BS EN 14683:2014,已被最新版BS EN 14683:2019所取代。2019年版最主要的變化之一是壓力差,TypeⅠ、TypeⅡ、Type ⅡR壓力差分別由2014年版的29.4、29.4、49.0 Pa/cm2,上升至40、40、60Pa/cm2。
韓國的口罩標準KF(Korean filter)系列,KF系列標準是由韓國的食品藥品管理部門(Ministry of Food and Drug Safety,MFDS)發布的韓國主流口罩標準(Regulations on the Approval,Notification,and Evaluation of Quasi-Drugs)。KF系列分為KF80、KF94、KF99。KF80:≥80%(僅鹽性介質);KF94:≥94%(油性和鹽性介質);KF99:≥99%(油性和鹽性介質) [24]。