王馨珠，孫婉婷，陳曉霞，米寶麗

（遼寧中醫(yī)藥大學，遼寧 大連 116600）

1 研究背景

近年來大眾對PM10、PM2.5等名詞已經(jīng)耳熟能詳，在中國各大城市一年中霧霾天氣已經(jīng)屢見不鮮，已經(jīng)影響到了每一個人的生活，嚴重時甚至導致全城市停課，部分企業(yè)停工。這是因為PM10、PM2.5可對人體造成傷害，其中PM2.5會直接進入肺泡和血液循環(huán)系統(tǒng)，尤其是亞微米粒子會分別沉積于上、下呼吸道和肺泡中，引起急性鼻炎和急性支氣管炎等一系列疾病[1-2]。對于患有支氣管哮喘、慢性支氣管炎、阻塞性肺氣腫和慢性阻塞性肺疾病等慢性呼吸系統(tǒng)疾病的病人，霧霾天氣可使病情急性發(fā)作或急性加重[3]。疫情防控情況下，絕大部分市民佩戴的為一次性醫(yī)用口罩，隨著新冠病毒的入侵，口罩成為了全民必備產(chǎn)品。放眼望去，滿大街戴口罩者以一次性醫(yī)用防護口罩居多。醫(yī)用防護口罩面體分為三層，內層一般為無紡布或普通衛(wèi)生紗布，中層為單層或多層超細聚丙烯纖維熔噴材料層，外層為無紡布層。這種醫(yī)用防護口罩與佩戴者面部具有良好的貼合性，具有疏水透氣性強，對微小帶病毒氣溶膠或有害微塵的過濾效果顯著的特點，但不能有效過濾PM10和PM2.5。市售的能夠有效過濾PM10和PM2.5的口罩價格較貴，不適合廣大群眾在疫情防控常態(tài)化下長期佩戴，因此研發(fā)一種基于一次性醫(yī)用口罩有效過濾PM10和PM2.5的口罩顯得十分必要。

2 設計思路

PM2.5具有粒徑小、比表面積大、吸附性強等特點，且能夠長時間、長距離地懸浮于空氣中，嚴重影響空氣的質量。顆粒物PM的成分很復雜，具體成分組成主要取決于其來源。其來源主要有自然源和人為源兩種，但危害較大的是后者。PM2.5組分分析如圖1所示。

圖1 PM2.5組分分析

在學術界分為一次氣溶膠（Primary Aerosol）和二次氣溶膠（Secondary Aerosol）兩種[4]。目前公認的防護方法有：①過濾法。如空調、加濕器、空氣清新器等過濾可明顯降低PM2.5的濃度，但其缺點是需要定期清洗或更換濾膜。②水吸附法。采藥超聲霧化器、室內水簾、水池、魚缸等吸收空氣中的親水性PM2.5，但是不能有效去除憎水性PM2.5。③植物吸收法。利用植物葉片具有較大的表面積特點，吸收有害氣體和吸附PM2.5。④負離子法。研究證明生態(tài)級負離子活性高、遷移距離遠，可以主動出擊捕捉小粒微塵，并使其凝聚后沉淀，能有效除去空氣中小于2.5μm的微塵[5]。當室內空氣中的負離子（負氧離子）的濃度達到每立方厘米20 000個時，空氣中的飄塵量會減少98%以上。在含有高濃度小粒徑負離子（負氧離子）的空氣中，PM2.5中危害最大的直徑在1μm以下的微塵、細菌、病毒等幾乎為零。

中藥資源豐富，藥食兩用中藥更是受到喜愛，其中多種可食用中藥化學成分中含有多種酚酸類物質或黃酮類物質，其提取液可以帶有一定的負電荷，我們推測這些負離子可以捕捉空氣中的微塵，達到降低PM2.5的目的?；诖?，設計將中藥提取液吸附于無紡布上，晾干后用于制備一次性口罩的最外層材料，采用一次性醫(yī)用口罩制備技術制備出具有防霧霾作用的中藥負離子防霧霾口罩。該口罩設計專業(yè)、價格低廉、無污染、適用范圍廣，能夠提高普通醫(yī)用口罩防霧霾效果，具有廣闊的應用前景。

3 試驗方法與結果

3.1 實驗材料和儀器

多層超細聚丙烯纖維熔噴非織造布（100 g/m2）、無紡布購于九江昊瑞工貿(mào)有限公司；山楂、沙棘、烏梅、馬齒莧、酸棗仁購于大連市成大方圓藥店。

3.2 樣品制備

分別取山楂、沙棘、烏梅、馬齒莧、酸棗仁各10 g，加入100 mL水回流提取1 h，制備成0.1 g/mL溶液，將無紡布完全浸潤其中2 h，取出自然晾干，測試其對PM2.5的透過率。

3.3 過濾率測定

在自制測試箱中進行過濾性能檢測，測試箱為由透明亞克力板制成尺寸為80 cm×40 cm×40 cm的長方體。測試箱中央是一塊帶有圓孔（直徑為30 cm）的抽拉式隔板，隔板左側是實驗箱，右側是進煙箱。測試時，將被測材料圓孔處貼上，進煙箱和實驗箱放置2個完全相同的空氣檢測儀（嘉柏蘭JBL-B600），在進煙箱放入點燃的香煙，并開風扇鼓吹。通過觀察記錄2個空氣檢測儀的PM2.5指數(shù)來比較探討各藥材提取物的過濾性能，測試其動態(tài)過濾性能時，每隔30 s記錄一次空氣檢測儀的示數(shù)。

3.4 實驗結果

如表1所示，對五種藥材制備的無紡布對PM2.5過濾率進行測定，發(fā)現(xiàn)無紡布幾乎沒有過濾性能，酸棗仁浸潤的無紡布也沒有過濾效果，而其他四味藥材均有不同程度的過濾性能，但是所有材料過濾性能均隨著時間推移而下降，所有材料中沙棘的抑制效果最佳，因此選擇沙棘水提液作為研究對象，制備了沙棘液無紡布層。同時在沙棘水提液中加入防腐劑山梨酸，制備成隨身攜帶的防霧霾噴劑。

表1 不同藥材提取液無紡布對PM2.5過濾效果（單位：%）

4 沙棘負離子一次性醫(yī)用口罩制備及其對PM2.5過濾性測試

按照一次性一用口罩制備方法，外層為沙棘液無紡布層，中間為多層超細聚丙烯纖維熔噴非織造布，內層為活性炭片。

采用動態(tài)方法[4]模擬人們真實環(huán)境下佩戴口罩的防護效果。將制備好的口罩佩戴至成年女性頭模，邊緣不作密封處理。將實驗裝置置于約10 m2的房間，分別于口罩前端及密閉腔內放置兩臺型號相同的空氣檢測儀（嘉柏蘭JBL-B600），測試濾后空氣顆粒物濃度。點燃香煙作為顆粒物煙霧的發(fā)生源，至房間內PM2.5濃度達到300～400μg/m3時熄滅香煙，每30 s記錄1次數(shù)據(jù)，待室內顆粒物濃度恢復為初始值時，停止測試。每個口罩測試時間1 h。在測試范圍內，普通活性炭醫(yī)用口罩對PM2.5的過濾率為40%～70%范圍內，沙棘液無紡布口罩過濾率則提高至60%～90%，而且高抑制率持續(xù)時間長。同時在測試0.5 h時，于口罩外層無紡布噴沙棘液后再測試，其過濾率可重新提高至85%范圍內。

5 結論

制備了一種沙棘負離子防霧霾口罩，該口罩價格適宜，防霧霾功能好，且可通過隨身攜帶的防霧霾沙棘液間隔0.5 h噴至口罩表層不斷保持防霧霾效果，達到物美價廉高效的期待，有望投入設計生產(chǎn)中，產(chǎn)生較好的社會效益。