台灣博士創新N95口罩造福全球 建議口罩70°C蒸30分鐘消毒效果最佳

公共衛生

當今防疫不可或缺的N95口罩,其最關鍵的一道過濾技術製程是出自台灣人之手,田納西大學(University of Tennessee)的蔡秉燚(Peter Tsai)博士,他的研究造福了全球數十億人的健康。

蔡秉燚在田納西大學的材料學系工作長達35年,已於去(2019)年退休,在美國擁有12項專利、20多項許可證貿易協議(commercial license agreement),曾獲田納西大學頒予傑出研究人員的「創新名人堂獎」(Innovator Hall of Fame Award)及「威力獎」(Wheeley Award)。

台灣之光守護全球健康

N95口罩能過濾95%的次微米顆粒(submicron particles),美國職業安全與衛生署(OSHA)要求工人在粉塵環境作業時使用,世界衛生組織(WHO)也建議配戴避免感染SARS、禽流感、豬流感與其他空氣傳播疫病。

身為不織布權威,蔡秉燚專精於N95口罩兩個關鍵技術:「加電」,讓靜電荷(electrostatic charge)附著到織物上形成駐極體(electret),透過靜電引力強化過濾效果;「熔噴」(melt blowing),將高分子樹脂(polymer resin)擠入高速氣流,形成超細纖維後再製成布料。

早在1995年他就取得了不織布電暈靜電荷加電(corona electrostatic charging)專利,2018年他更研發出「水力摩擦帶電」(hydro triboelectrification),將不織布浸入超純水再以高壓真空將水抽出,透過「摩擦」使靜電荷附著在織物上,其效率之佳,只需一次就可達到預期的附著效果。

這些技術廣泛運用於其他醫用口罩和暖通空調過濾器,田納西大學副校長克裡希那穆提(Maha Krishnamurthy)盛讚他是將創新打入市場的典範,改善人們的生活。

廣義的N95口罩於70年代問世,蔡秉燚研發出的改良技術則對當今我們使用的N95口罩貢獻良多。(圖片來源/田納西大學、維基百科)

 N95口罩能攔截95%懸浮微粒 

田納西大學3月25日刊出一篇蔡秉燚談口罩防護性與消毒的文章,他指出N95口罩的過濾率高於醫用口罩,尤其是對微米顆粒的過濾效果。

蔡秉燚表示,N95口罩的細菌過濾率(BFE)大於99%,微粒過濾率(FE)大於95%,而醫用口罩BFE為95-99%,FE為78-87%。

他解釋,這主要是因為醫用口罩的過濾層只有一層,而N95口罩有兩層,由噴熔聚丙烯布構成;此外N95口罩能緊密貼合人體面部,主要用以抵擋飛沫的醫用口罩則留有空隙,懸浮微粒便可能從這些地方進入。

儘管如此,N95口罩透氣性不佳,因此一般民眾通常配戴醫用口罩,若其經過正確加電處理,仍能發揮良好過濾效果,如果採用適當材質,還能「加熱消毒」延長其壽命。

酒精、紫外線NG!口罩要用「蒸」的

延長口罩壽命的重點在於,消除口罩上包括新冠病毒在內的微粒,同時不會導致過濾率降低,也不會破壞口罩體本身。

蔡秉燚建議將口罩懸掛在一容器內,以攝氏70度蒸口罩30分鐘,注意不可接觸或靠近金屬表面以免溫度過高,如此一來電荷便幾乎不會衰減。根據其團隊研究,在攝氏125度下蒸3分鐘也有同樣效果,但須注意口罩不含紙類材質。

相反地,酒精是口罩消毒「大忌」,因為它會消除電荷。蔡秉燚引用另一份報告,指一個N95口罩原過濾率有93.2%,浸泡過醫用酒精後僅剩67%,異丙醇(IPA)蒸汽消毒後更只剩47.4%。

而輻射(例如伽馬射線)和紫外線會破壞口罩的聚丙烯材質、導致電荷消散,不過破壞程度還得視強度與時間而定,如何以這個方法為口罩進行有效消毒,他認為尚需更多研究。

延遲口罩電荷衰減

口罩可以碰水,因為駐極體的電荷是埋於深層纖維,蔡秉燚的研究顯示口罩甚至能泡在水裡3天而不影響電荷,為消毒也可在滾水中煮3分鐘,但不建議攪拌或搓洗,以免破壞口罩體。一份報告顯示,用手以清水或肥皂洗口罩2分鐘,會導致過濾率從93.2%降至54%。

此外,考慮到新冠病毒在塑膠表面能存活3天,而N95口罩是疏水性塑膠材質,乾燥環境下可在兩到三天內晾乾,蔡秉燚建議可為口罩編號,晾曬後依序重複使用。

不過,帶電介質總是會出現電荷衰減,上述方式只能盡量延遲過濾率降低的現象,並無法為口罩再加電,因此定期更換口罩還是有其必要。

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