科工力量：N95口罩誕生史——中國被提名諾獎第一人締造
【譯/科工力量 陳辰】
N95口罩是一道橫亙在COVID-19與人類健康之間的“屏障”。它能緊貼佩戴者的臉部，過濾掉空氣中95％的細小顆粒物和病菌，但是醫用外科口罩等卻無法做到。目前，N95口罩因新冠肺炎疫情供不應求，成為比其他防護用品更具標誌性的“符號”。
一層薄薄的織狀聚合物，是如何成為21世紀最重要醫療防護用品的？這一切都始於1910年，一位不為人知的（華人）醫生當時將世界從最嚴重的疾病之一中裏拯救了出來。
圖片均來自《Fast Company》
最初阻止“氣味”的口罩
回溯歷史，“很早以前人們就知道細菌和病毒可能會在空中漂浮而引起生病，於是便選擇了口罩遮蓋臉部。”克里斯托斯•林泰里斯（Christos Lynteris）説。林泰里斯是聖安德魯大學社會人類學系的高級講師，也是醫用口罩歷史方面的專家。
他指出在文藝復興時期的畫作中，人們用手帕遮住鼻子以避免生病。另外，還有在1720年法國馬賽大鼠疫的畫作中，掘墓者和老百姓在處理屍體時用布裹着自己的臉。但是，鼠疫當時是通過老鼠身上的跳蚤叮咬傳播的。
林泰里斯説，“那時人們用布遮擋嘴巴和鼻子的原因，是基本都認為鼠疫之類的疾病源是瘴氣，或是從地面散發出來的某種氣體。”他們這樣做是為了抵禦“腐蝕”空氣裏的瘟疫，而非保護自己免受他人身上的病原體侵害。
“瘴氣理論”驅使着預防瘟疫的口罩，遍及17世紀的歐洲。那些鑑別瘟疫的醫生們戴上口罩，用棍棒輕拍來標記被感染的人。這種細長的口罩造型類似大鳥嘴，邊緣處有兩個“鼻孔”，可以用來裝薰香。人們認為，通過保護自己免受鼠疫的氣味侵襲，就能免受鼠疫本身的影響。
17世紀，羅馬的瘟疫醫生施納貝爾醫生的銅版畫。
“惡臭會導致疾病。這種思想一直持續到19世紀初。”林特里斯説道。值得注意的是，200年後，一位名叫安託萬·巴塞勒米·克洛特-貝（Antoine Barthélemy Clot-Bey）的法國醫生認為，像鳥嘴一樣的口罩本身就是瘟疫傳播的罪魁禍首，因為它們使人感到恐懼，而受驚的身體患疾病的風險更大。
到了19世紀70年代末，科學家們深入瞭解了病菌。隨着現代微生物學的出現，“瘴氣理論”逐漸從人們視線中消失。然而，接下來發生的事情看上去幾乎和以前完全一樣。
“我們通常認為科學範式的轉變會帶來重大突破，但是到19世紀末，所有用來對抗病菌的技術都是基於‘瘴氣理論’。”安託萬·巴塞勒米·克洛特-貝表示。
1897年，醫生們開始戴最初的外科口罩。不過，它們更像是一塊裹在佩戴者臉上的、經過美化的手帕，也並不是用來過濾空氣中的病菌——這仍然不是現代外科口罩的重點。它們曾經（現在也是）被用來防止醫生在手術期間，咳嗽或打噴嚏時把飛沫濺到患者傷口上。
外科口罩和防護口罩的區別非常重要。外科口罩由比較單一的材料製成，鬆散地貼在佩戴者臉上，因此顆粒可以從側面進入。而防護口罩會形成一個良好的密封，這樣就能過濾吸入的空氣。而讓專業醫護人員感到不安的是，他們在沒有防護口罩的情況下只能戴外科口罩。
鼠疫裏中國製造的新口罩
1910年秋，一場瘟疫在滿洲（現指中國東三省）爆發。感染區域涉及中國和俄羅斯之間複雜的政治管轄區。
1911年，東北肺鼠疫期間醫護人員佩戴着“防瘟疫口罩”。
“這是世界末日，難以置信。它殺死了所有感染者，無一生還。一旦出現症狀，感染者就會在之後24至48小時內死亡。”林泰里斯説，“它與歐洲黑死病的情況差不多，在現代還沒有人遇到過類似的事情。”
接下來是一場（醫療）科學的軍備競賽：推斷是什麼引起了瘟疫，並阻止它傳播。“俄羅斯和中國都想證明自己的價值和科學性，因為這涉及一些主權要求。”林泰里斯表示，科學性足夠充分的一方，將被賦予這個富饒而重要的地區控制權。
一位名叫伍連德的醫生是當時中國的防疫帶頭人。他出生於馬來西亞檳榔嶼（注：祖籍廣東廣州府新寧縣），在劍橋大學學習醫學。林泰里斯表示，在一場迅速吸引了國際社會關注和世界各地醫生的瘟疫中，他似乎顯得“完全不重要”。
但在對其中一名病患做了屍檢後，伍連德認定，這場鼠疫並非像許多人所懷疑的那樣由跳蚤傳播，而是通過空氣傳播的。
之後，伍連德對在西方國家見到過的外科口罩進行了升級。他用紗布和棉花製成了一種更結實的口罩，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。伍連德的發明是一個重大突破，但一些醫生仍然懷疑其功效。
林泰里斯説，一個有名的故事來自一位名叫傑拉德·梅斯尼（Gérald Mesny）的法國醫生。在聽完伍連德的鼠疫是由肺炎和空氣傳播理論後，那個法國醫生羞辱了他，而且用非常種族主義的話説，“我們對中國人有什麼期望呢？”
為了證明這一點，梅斯尼沒戴伍連德的升級版口罩就去了瘟疫醫院看病人，結果染上鼠疫，兩天之後就去世了。
該地區的其他醫生很快就研製出了自己的口罩。林特里斯表示，其中不乏一些像潛水面罩這種奇怪的設計。
伍連德設計的口罩最終勝出。因為在實驗測試中，它們可以保護使用者免受病菌的侵害。根據林泰里斯的説法，這是一個非常棒的設計，可以用廉價而且隨時可得的材料手工製作。
1911年1月至2月之間，口罩的產量增加到了數不過來的程度。醫務人員、士兵，還有一些普通人都戴着它們。這不僅阻止了鼠疫的傳播，也讓口罩成為了現代醫學的象徵。
伍連德的口罩很快成為了國際媒體報道的對象。林泰里斯説，口罩是一種非常新奇的東西……它的“奇怪”效果正是新聞界所喜歡的。可以設計一張黑白圖片上有一個白色口罩，這是一種非常好營銷。
在1918年流感大流行期間，西雅圖的一名有軌電車售票員和乘客戴着口罩。
1918年，當西班牙流感暴發時，伍連德的口罩在科學家乃至老百姓當中都是廣為人知的。世界各地的公司都增加了類似口罩的生產，以減少流感的蔓延。
工業用品成醫護神器
N95口罩是伍連德版口罩的“衍生品”。
在第一次和第二次世界大戰中，科學家們發明了一種空氣過濾式防毒面具，它可以包裹使用者的整個頭部，以潔淨呼入的空氣。裝有玻璃纖維過濾器的類似口罩，也開始在採礦業中用於預防黑肺病。
3M公司是N95防毒面具的生產商。“所有這種防毒面具都是巨大的”，3M公司的健康與安全主管妮基·麥卡洛（Nikki McCullough）説，“你可以在晚上把它們洗淨，然後再繼續使用。”
3M公司生產的N95口罩
這些防護設備可以挽救生命，但也是一個比較重的“負擔”，主要原因是安裝了過濾器。它的玻璃纖維會讓呼吸變得困難，而且罩住佩戴者整個頭，會讓人覺得悶熱。
到了20世紀50年代，科學家們開始瞭解吸入石棉的危害，但從事石棉工作的人寧願不戴笨重的口罩。想象一下在30度高温的建築工地上，用橡膠包裹頭部的滋味，就可以理解他們的心情。
大約在同一時間，《美麗之屋》（House Beautiful）雜誌的前裝飾編輯，薩拉·特恩布爾（Sara Little Turnbull）開始諮詢3M公司的禮品包裝部門。為了製造堅硬的絲帶，該公司開發了一種技術，可以將熔化的聚合物吹入細小的纖維。
後來，特恩布爾意識到這項技術有更大的潛力。於是她開始用墊肩的材料做實驗，並利用時尚行業的人脈為自己提供建議。
1958年，她在3M公司做了一場題為《為什麼》（Why）的演講，解釋3M公司為什麼應該更大規模地進入無紡布行業。她提出了100多個關於這項技術的產品創意，並被指派設計一個成型的胸罩。
但50年代後期對特恩布爾來説很艱難，她花了很多時間去醫院探望生病的家人，遺憾的是有三位親人離世。從悲痛中走出來後，特恩布爾創造了一項新發明，就是3M公司1961年發佈的一款“氣泡”外科口罩。沒錯，它的靈感來自胸罩的罩杯。
當3M公司得知它不能阻擋病菌時，該口罩被重新命名為“防塵”口罩。
特恩布爾的外科口罩草圖
當然，在原本不存在的醫學或工作場所安全上，建立口罩使用標準是很難的。到了20世紀70年代，美國礦務局和國家職業安全與健康研究所合作建立團隊，為他們所謂的“單次使用口罩”建立了第一個標準。
3M公司開發了首款一次性N95“防塵”口罩，並於1972年5月25日獲批。他們沒有使用玻璃纖維，而是選擇對原有技術進行了優化，通過將熔化的聚合物吹入細小的纖維層中，從而能將較硬的禮品絲帶製成過濾器。
麥卡洛説，“在顯微鏡下，它們看起來就像有人掉了一堆樹枝，中間有很大的空隙。”
作為粒子，不管是二氧化硅還是病毒，飛進這個像迷宮一樣的棍子時，它們會在轉彎時被卡住。3M還在材料中加入了靜電荷，因此即使是更小的顆粒也會被吸附到纖維上。與此同時，存在很多的大空隙，進而保證了呼吸的順暢。
戴N95口罩的時間越長，它過濾顆粒物的效率就越高，被吸附的顆粒會幫助吸附更多。但隨着時間的推移，佩戴者呼吸會變得越來越困難，因為纖維之間的縫隙會被顆粒堵塞。這也為什麼N95口罩不能在塵土飛揚的環境中，一次佩戴超過8小時的原因。
N95口罩的迭代製造
N95口罩已有數十年的工業應用歷史，直到上世紀90年代，耐藥性肺結核的問題才使人們對防護口罩又有了臨牀需求。
肺結核病感染了許多醫護人員。為阻止它在空氣中傳播，針對醫療機構的N95標準有了更新：醫生們開始需要在幫助肺結核患者時佩戴它們。即便如此，醫院至今很少使用防護口罩。因為只有像COVID-19這樣的疫情爆發，才需要如此多的防護。
正如林泰里斯等許多人指出的那樣，口罩在中國的重要性從未真正消失。伍連德後來建立了中國版的疾控中心，一度與諾貝爾獎擦肩而過（注：第一位被提名諾貝爾獎的華人）。他出現在許多人物傳記中，包括他自己的自傳。
近年來，在SARS爆發期間，中國民眾戴上了口罩以防止疾病的傳播。 當北京等城市遭遇嚴重霧霾，他們戴着口罩避免空氣污染。
N95口罩並不完美。它的設計並不能很好地緊貼保護兒童，以及那些蓄鬚人士的面部。如果密封性不好，它就無法像廣告説的那樣起作用。此外，在高風險手術室中佩戴的N95口罩沒有呼氣閥，因此佩戴者會感到悶熱。
N95口罩在數百年的發展過程中應對了多次危機，這種演變將一直持續到COVID-19大流行病結束。麥卡洛説，3M公司在不斷重新評估N95口罩，進行從過濾器到人體工程學的全方位調整。
“我媽媽會説，它們的外觀與1972年時的差不多，但我們希望它們看起來很簡單，使用起來更便捷。”麥卡洛説道，“我們一直在改進技術，3M公司有成千上萬的科學家在研究它。”
（本文譯自美國最具影響力的商業雜誌之一《Fast Company》3月24日發表的《N95口罩不為人知的起源故事》(The untold origin story of the N95 mask)，略有刪減。）
本文系觀察者網獨家稿件，文章內容純屬作者個人觀點，不代表平台觀點，未經授權，不得轉載，否則將追究法律責任。關注觀察者網微信guanchacn，每日閲讀趣味文章。