口罩到底是外国人发明的还是中国人发明的?

作者:胖瓜来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-04-28

根据“口水飞沫很可能散播疾病”的观点,1897年,外科医生们第一次戴上了口罩。

2020年,在前所未有的全球大疫情之下,人类史无前例地与口罩产生了强烈的羁绊。这种原本只有少数人会使用的特别医疗物资,突然成为了大众日常生活的必需品,甚至可以说,口罩是目前对抗新冠肺炎的最强大武器之一。那看起来如此简单轻巧的口罩,是怎么诞生的呢?

布片到鸟嘴:遮挡异味

中世纪的欧洲蔓延着很多疫病。文艺复兴时期的画作中,就描绘了人们用手帕遮挡口鼻防止得病的场景。1720年,法国马赛鼠疫爆发得最严重的时候,整个城市及周边地区约有十万人丧生。挖墓人替死者们下葬时,须用布紧紧裹着脸保护自己。

实际上,鼠疫是通过老鼠身上的跳蚤传播的,佩戴这种布料口罩并没有什么用。不过,当时的人认为,鼠疫是通过腐败的臭味在空气传播的,所以他们的行为也就很合理了。由于用布料包裹口鼻太不方便,人们特意给医生发明了一种类似于鸟嘴的口罩,这大概就是最初的口罩了吧。

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17世纪的鸟嘴口罩(Vintage News Daily)

这种鸟嘴口罩实际上是面罩——面罩上有两个眼睛处的玻璃开口,嘴部弯曲呈鸟嘴型,面罩的最前方有两个小鼻孔供气体进出,为什么要这么长长的鸟嘴呢?因为里头装填了香料、干花、薄荷等物质,医生戴上面罩后,呼吸到的空气就是带有香味的了,在当时的人看来,这就是把致病的东西过滤掉了。

虽然鸟嘴口罩的防护能力基本为零,但这套装束也有可借鉴的地方,医生们除了戴鸟嘴口罩外,还会穿长袍、戴帽子手套等防护工具,避免接触病人,这些手段还是有可取之处的。

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1721年的雕刻画,瘟疫医生和鸟嘴口罩(Wikipedia)

手术时的口罩:阻挡唾液

1870年代之后,科学家们逐渐意识到了细菌的存在。随着现代微生物学的发展,原本“臭味传播疾病”的观点逐渐被抛弃。1890年代,德国细菌学家卡尔·弗吕哥(Carl Flugge)提出,肺结核是通过飞沫在空气中传播的。根据这个“口水飞沫很可能散播疾病”的观点,1897年,外科医生们第一次戴上了口罩。

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德国细菌学家卡尔·弗吕哥(Wikipedia)

其实,这些口罩的防护能力并不强。它们只是松松垮垮地挂在脸上,细菌、病毒颗粒还是可以从侧面进入的。不过,医生们戴这些口罩的目的并不是为了保护自己,他们是担心手术期间说话、咳嗽、打喷嚏时的飞沫会进入病人的伤口。

这种外科口罩逐渐在各地推广开来,不过它们的使用场景很局限,仅限于外科手术间内,作用一直都被严重低估,直到1910年秋天,一场可怕的瘟疫席卷了中国东北。

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1900年代的手术台,只有主刀的两人戴了口罩(Wikipedia)

第一次在防疫中大显身手

在东北爆发的是鼠疫。当时像是世界末日,在最初的症状出现后的一两天内,病人就会死亡,鼠疫几乎杀死了每一个感染者。最要命的是,人们当时连这种病是怎么传播的都不知道。

一位名叫伍连德的医生被雇佣来领导防疫工作。他曾在剑桥大学学习医生,但跟全球各地关注这场瘟疫的医生们相比,他的履历可以说是不值一提。他在调查研究后大胆地提出了一个新观点:这次的鼠疫并不是由跳蚤传播的,而是靠空气传播。

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伍连德(Wikipedia)

根据这个观点,伍连德想起了他在美国手术室里见过的外科口罩,于是用纱布和棉布制成了相似但是更佳坚固耐用的版本。这项发明是一项重要的突破,口罩的防护能力大大增强。不过,当时很多人怀疑他的观点:因为鼠疫过去都是靠跳蚤传播的,怎么会突然变成了靠空气传播了呢?有一位名叫葛瑞德·梅斯尼(Gerald Mesny)的法国医生就强烈否认伍连德的说法。为了证明伍连德的口罩没用,他在没有保护装备的情况下直接到鼠疫医院看望生病的患者,结果两天后就因为感染逝世了。

伍连德的口罩在临床和实验中都被证实有效。1911年初,口罩的产量大幅增加,成功阻止了瘟疫的蔓延,而伍连德很快成为了国际报纸争相报道的英雄人物。因为口罩对大众来说是一种非常新颖的东西,而佩戴着口罩的照片刊登在黑白报纸上时有着强烈的吸引眼球的能力,这种病毒式的报道和宣传,也意外地让口罩成为了现代医学的象征。不久后,1918年西班牙流感大流行,人们纷纷戴上口罩,更是进一步推广了口罩。

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1911年,东北的医学工作者(剑桥大学)

N95的诞生

不过,科学家们很快发现,这种布口罩的防护能力依然还有进步空间。1972年,3M公司开发出了第一个N95口罩。3M公司的前身其实是一家矿业公司。它之所以积极开发防护口罩,是因为矿业工人也需要口罩来保护,可以减少职业性粉尘肺病的发生。而“N95”意味着这些口罩能够过滤掉至少95%的空气中的颗粒。

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N95口罩(3M公司)

N95口罩的设计究竟是什么样的呢?在显微镜下, 可以看到有很多细长紧密的纤维,中间有一些空隙,可以让空气流通。当颗粒(比如粉尘和病毒)被吸入口罩时,它们会因为静电而被吸附在口罩的纤维上。这种口罩佩戴得越久,滤过能力就越强,因为纤维捕获的颗粒越多,就越能吸附更多颗粒。然而,随着时间的推移,纤维之间的空隙越来越小,呼吸也会变得困难。这就是为什么N95口罩最好不要一次佩戴超过八个小时的原因。

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N95的纳米纤维,以及各类物体的大小对比(从左到右:病毒、pm2.5粉尘、头发、花粉)(Teflex)

除了让人呼吸困难之外,N95其实还有别的缺点:它的设计不能很好地贴合儿童的脸部,如果佩戴者留着胡子,密封效果同样很差。而且在高风险的手术室中的N95口罩是没有呼吸阀的(这是为了保护手术的病人),所以佩戴时口罩会变得滚烫。

在新冠肺炎的大流行之后,N95口罩再一次登上了国际瞩目的舞台。成千上万的科学家们此时此刻正在研究如何更好地改进N95口罩,也许不久的未来,我们又可以再一次见证口罩的升级了。

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参考文献:

1. "A Comparison of Surgical Masks, Surgical N95 Respirators, and Industrial N95 Respirators". Occupational Health & Safety. 2014-05-01. Retrieved 2020-04-07.

2. Carmichael, A.G. (2009), "Plague, Historical", in Schaechter, Moselio (ed.), Encyclopedia of Microbiology (3rd ed.), Elsevier, pp. 58–72

3. The untold origin story of the N95 mask. FASTCOMPANY. 2020-03-24

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