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醫用外科口罩的前世今生

2020-11-11 00:00:00

在新冠疫情的大背景下,出門佩戴口罩已經成為2020年全球大部分人的共識。盡管中國已經度過了疫情最危險的時期,甚至可以暫時跟口罩告一段落,但是自2020年10月份以來,歐美地區的疫情還是不可避免地再一次爆發了,感染和住院人數已經不亞于年初的首波疫情大爆發。

但是在各國經濟壓力的情況下,封國、封城等強硬措施已經難以再次實施,除了一定程度上的外出禁令外,口罩似乎成為了各國抗疫的過程中有效的助手和伙伴。一改3、4月份歐美對口罩否定的態度,在國際各大衛生組織、專家和政府的推動下,很多國家和地區都推行了一定程度的口罩令,即在公共場所必須佩戴口罩。

但是這不是最開始的,也不是最后一次口罩充當人類的救星。早在19世紀80年代,新一代的外科醫生已對細菌及其對人體的影響有了大概的認識,這就意味著在手術時,要保持手、工具甚至人們呼吸過程的衛生。同時在這段時間,在和德國微生物學家Flugge的研究中,波蘭外科醫生米庫里茲(Mikulicz)發現呼吸的微粒中包含了可以感染傷口的細菌。在1897年,米庫里茲醫生便在外科手術中佩戴起了簡易的口罩,他是這么描述這口罩的:固定在帽子上的兩根繩子掛著一塊紗布,這塊紗布覆蓋著臉,蓋住鼻子、嘴巴和胡子。

但是,對于普通老百姓來說,口罩的最早的廣泛使用始于中國東北的一場鼠疫。1910年冬天,畢業于英國劍橋大學、時任天津陸軍醫學院副校長的伍連德奉命調查一種在哈爾濱附近爆發的瘟疫。這種疾病致死率極高,高達99.9%,最終導致大概6萬人的死亡。在對一位日本患病婦女的尸體解剖后,伍連德斷定該疾病通過空氣傳播的特性,并根據其在西方所見的口罩發明了用紗布和棉花制成的伍式口罩。這種口罩非常結實,可以牢固地包裹在人臉上,同時還增加了幾層布來過濾吸入物。當時有一位名叫梅斯尼(Gerald Mesny)的法國醫生對于鼠疫空氣傳播的理論不以為然,拒絕佩戴口罩,并對伍連德進行了羞辱。在一次醫院探望病患的兩天后,梅斯尼染上鼠疫去世。憑借精巧的口罩設計和一系列的防疫、封鎖和隔離措施,1911年4月,這場鼠疫得到了控制,伍連德取得了抗疫的成功。

1918年席卷全球的西班牙大流感中,人類見到了首次的大規模口罩的使用和佩戴,美國的一些城市也搬出了口罩強制佩戴令。今天的情況,并非沒有歷史先例。

從最初的紗布口罩到現在的N95口罩,口罩本身的構造與設計也發生了極大的變化。簡單的來說,口罩可以分為三大類:布質織物類口罩、醫用外科口罩KN95口罩。上述歷史中的口罩大部分是用簡單的紗布、棉花制成的口罩,為一類的布質口罩。這類口罩容易制作、材料易得,但是過濾效率較差,對于較小的空氣中的微粒(氣溶膠)難以有好的阻隔效果。這是為什么呢?原來,對于不同大小的空氣微粒的過濾,科學家們總結出了三個區間:布朗擴散區(0.01微米-0.1微米)、MPPS區(0.1微米-0.5微米)和碰撞攔截區(0.5微米以上)。其中,在布朗擴散區的空氣微粒會因為布朗運動而易被口罩隔絕;在碰撞攔截區的空氣微粒會因為口罩本身的綿密性而被隔絕;但是在MPPS(Most Penetrating Particle Size)區,空氣微粒的大小正好不大不小,較難被不同口罩攔截。對于一般的口罩來說,0.3微米的空氣微粒最難被攔截。

為了改進普通織物口罩過濾效率差(尤其在MPPS區)的缺點,現代的外科口罩和N95口罩用到了兩大核心技術:熔噴技術和靜電駐極技術。熔噴技術在1941年被發明,相較于其他無紡布制作工藝,熔噴技術織出的無紡布的纖維更細、孔隙率更大、孔徑更小,達到了微米以下的級別,極大的提升了口罩的過濾效率,所以該技術被現代的口罩廣泛應用。

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