持续至今的新冠疫情，让口罩成了日常生活密不可分的一部分。口罩从哪里来？未来又会变成什么样子？小小的口罩背后藏着哪些秘密？
撰文/记者 王雪莹 编辑/刘昭
新媒体编辑/房永珍
2020年一场疫情，让口罩成了人们日常生活密不可分的一部分。口罩从哪里来？未来又会变成什么样子？小小的一只口罩背后，到底藏着哪些不为人知的秘密？
几千年前中国古代已有口罩
很少有人知道，早在几千年前，中国人就已经开始有意识地“戴口罩”掩口鼻了。早在西汉时期，礼学家戴圣就曾在编撰《礼记·曲礼上》时写到过，“负剑辟咡诏之,则掩口而对”。对此，唐朝大儒孔颖达怕后世人看不懂，就用更直白的语言解释了一下，说这就是“掩口，恐气触人”。说白了就是告诫年轻人，如果有长辈从旁耳语时，他们应该用手遮住自己的口鼻然后再作答，免得让自己的气息直冲对方。
为了防止呼出的口气污染别人，此后几百年里，聪明的古代中国人又开始拿丝巾或是手帕来遮盖口鼻，甚至还为此专门发明了漂亮的面纱来遮脸。此情此景，更是让马可·波罗记录在了他的中国游记里，说是在中国元朝的皇城里，为皇帝贡献食物的人“皆用绢布蒙口鼻，俾其气息”，而这种以蚕丝为主、辅之以金线勾边而成的绢布，其目的为的就是不让仆人的口气“触及”皇帝的“饮食之物”，从而保证食物的洁净如果从这个角度来看，这种昂贵的丝巾或许也可以被视作原始口罩的雏形了。
然而此时此刻，生活在地球另一端的人却对口罩有着更迫切、更“接地气”的需求，譬如生活在古罗马帝国的知名哲学家老普林尼。他想知道，怎样能让建筑工地上的工人既能好好干活，又能好好呼吸。原来，彼时古罗马帝国各地都在大兴土木，除了遍地尘土飞扬的施工现场，对壁画激增的需求也在让越来越多的画工命丧化学颜料。面对这一情形，老普林尼提议使用动物膀胱当“呼吸器”，因为这种东西材质松散且能伸缩自如，能储存一定量干净的空气以供高危作业的工人换气。然而很显然，老普林尼的这个点子并没能流行起来直至十四世纪，包括达芬奇在内的广大“艺术打工人”们，在画画时还在使用湿布遮掩口鼻。
▲黑死病时期的鸟嘴面罩（图片来源/WelcomeCollection）
值得注意的是，在这期间，欧洲暴发的黑死病疫情也让人们对另一种口罩产生了心理阴影。事实上，也许称其为“面罩”或许更为恰当：当时的医生为了防止感染，会身着打过蜡的亚麻布衫，头戴一顶装着巨大银质鸟嘴形状的连帽面具。人们会在鸟嘴部分塞满各种药草，以期帮助医生“过滤”有病毒的空气。
然而不论是回避“不洁之气”的面纱，还是异想天开的动物膀胱，抑或是外观可怖的鸟嘴面罩，这一阶段的口罩其实跟我们所熟悉的口罩概念还相距甚远。那么现代口罩到底是从何时开始出现的呢？
▲反映1922年一场开胸手术的油画作品，当时已有部分医生佩戴口罩（图片来源/英格兰医学杂志）
混乱的割据时期：从认识细菌到设计口罩
事实上，现代口罩的出现还跟巴氏杀菌有一点关联：1861年，提出“巴氏杀菌”消毒法的法国著名微生物学家巴斯德通过自己的实验，向世人证明了空气中存在着大量人眼看不到的细菌。而在此之前，人们普遍认为只有接触才会传染致病的病菌，却忽略了空气飞沫也会传播细菌。
巴斯德的发现为现代口罩的出现奠定了基石：1867年，受到巴斯德理论影响的英国外科医生约瑟夫·李斯特，开始在手术中尝试给手术器械进行杀菌消毒，只不过这时人们杀菌的主要对象还是医生的手和手术器械。
1897年，波兰外科医生约翰·米库里茨和细菌学专家卡尔·福吕阁通过实验进一步证实，人们说话时喷溅而出的飞沫也会传播细菌。他们在医生的咽部和龋齿培养出了金黄色葡萄球菌和链球菌，而讲话时他们的唾液会通过飞沫传播，进而污染伤员的伤口引发感染。尔后，米库里茨开始在手术中戴“口罩”用两条绳子将一片纱布系在帽子上，通过让纱布“盖住脸、鼻子、嘴巴和胡须”，防止飞沫沾染伤口传播细菌。
▲英国人1877年注册申请的口罩专利，脖颈处配套带有一个吸水的水袋（图片来源/CDC）
有趣的是，在此期间，英国人还在1877年第一次为“口罩”申请了专利：这款看上去更像鸟嘴面罩的口罩在呼吸部分塞满了用于“过滤”毒气的湿海绵，人们戴口罩的同时还需要配上一个储水的颈环每当海绵要干了，佩戴者就要用手挤一下水袋，这样水就能重新浸润海绵，从而“保持口罩的有效性”。
从米库里茨开始，“口罩”一词在医学界出现得愈发频繁：1905年，美国芝加哥医生爱丽丝·汉密尔顿就曾在《美国医学会杂志》期刊上发表文章，详细阐述了猩红热患者在咳嗽和说话时细菌会通过飞沫传播的情况。在文中，汉密尔顿明确指出，在手术期间，医护工作者应佩戴诸如口罩一样的“嘴部护具”进行防护。然而，尽管越来越多的专家学者都已经认识到了口罩的重要性，但是此时的口罩市场依然混乱不堪，什么样的口罩都有。
▲英国人发明的带金属支撑的口罩（图片来源/美国国会图书馆）
有的人采用了“铁丝支架+纱布”的组合，做出来的口罩像窗帘一样，既可以遮挡口鼻又能方便医生呼吸甚至打喷嚏；有的像升级版的婴儿围嘴一样，口罩的下摆直接跟医生的领口缝合，用的时候翻上去，不用的时候再翻下来垂于胸前；有的为了彻底阻断飞沫，不惜在制作时使用了6层纱布，以至于险些让医生窒息；而有的则为了方便呼吸，直接跳过鼻子只遮盖嘴巴……就这样，全世界的口罩一直处于这种“割据”状态直至一只中国口罩的出现。
超强性价比的“伍氏口罩”
1910年的清政府政局风雨飘摇，又不幸遭到了肺鼠疫侵袭，短短几周时间，黑龙江和吉林两地就深陷鼠疫困局，且又以哈尔滨一带最为严重。在此情形之下，时任天津北洋陆军医学院副监督的伍连德临危受命，奔赴哈尔滨负责疫情防控。在研究中伍连德发现，飞沫传播是造成此轮鼠疫快速蔓延的罪魁祸首。而为了防止疫情进一恶化，他发明了一款口罩“伍氏口罩”。
▲伍连德所设计的口罩（图片来源/美国国会图书馆）
具体来说，伍连德设计的这种口罩只使用了两层棉纱布，在两层纱布之间内置一片吸水药棉，将纱布两端重叠后一剪为二，两条纱布的尾端就能一上一下直接系在脑后，可以说佩戴十分方便。一方面，“伍氏口罩”看似简陋但防护却非常严密，从嘴到鼻都能有效遮挡，且内置的吸水层还能保障口罩的干燥与舒适；另一方面，这种口罩设计简洁，制作起来非常方便，且造价还极其低廉，故而“伍氏口罩”一经问世很快就被当地老百姓所接受。可以说，这款口罩不仅是中国历史上第一款医用口罩，也成为如今现代医学口罩真正的雏形。
如果说伍连德的设计降低了制造口罩的门槛，那么第一次世界大战期间暴发的“西班牙流感”疫情，则彻底让口罩走进了公众的生活：疫情期间，除了警察、医疗工作者等一线工作者，公众也开始被政府要求佩戴口罩，尤其是在工厂、商场等人流众多的地方，佩戴口罩几乎成了一种必须遵守的法则。即便是新冠病毒来袭的今天，那些保护着人类的口罩不管是头戴式还是耳挂式，都无一例外地依然深深烙印着“伍氏口罩”的中国印记。
▲1927年柏林医生佩戴口罩的方法（图片来源/美国国会图书馆）
理念之争：从“反复清洗”到“一次性”
短短几十年，人类升级改造口罩的脚步从未停歇。二十世纪初期，很长一段时间里，口罩被公认为是“可反复清洗”“能够长期佩戴”的，哪怕是在“西班牙流感”疫情大暴发时期，回收并清洗口罩再利用也都是美国红十字会重要的一项日常工作。在这一阶段，虽然已经有医生发现部分细菌需要多层纱布才能彻底阻隔，但总体上人们对细菌和病毒的认识尚不充分，加之频繁的战争导致物资匮乏，将口罩棉纱布拆卸清洗并重复使用或许也是一种应时应景的必然选择。
然而，随着微生物学和现代医学的快速发展，越来越多的研究人员意识到，多次重复佩戴口罩存在很大的健康隐患，即便是相同的口罩，在过滤不同的细菌时其有效过滤性也会大相径庭。在这一大背景下，20世纪30年代欧美等国陆续开始出现“以纸代纱”的一次性口罩，不久后，由合成材质制成的一次性口罩也问世了谁说口罩就应该符合“可重复使用”标准？
▲加利福尼亚佩戴口罩的人群中，一位女性身上的标语写着“要么戴口罩，要么去坐牢”（图片来源/美国国会图书馆）
与传统的织制口罩相比，由合成材料制成的新型口罩在样式上也进行了革新，采用了杯型设计来代替传统的折叠式，这样口罩的边缘就能更紧密地贴合人脸，大大提高了阻隔飞沫的效果，同时其中空的部分还能保证医护人员正常呼吸。然而值得注意的是，这种口罩的“一次性”特性也是一种无奈的选择它的材质在消毒过程中会发生质变，更有可能威胁到人的身体健康，口罩“不得不”成了一次性的。
▲杯型口罩（图片来源/《experience with a new surgical mask》1961）
然而随着人类社会进入上世纪70年代，以西方为首的国家在战后开启了一轮全新的医疗升级，他们为了降低院内交叉感染、提高医疗卫生条件，陆续开始在医疗系统内建立医疗器械的一次性使用制度。加之战后人工劳动力成本疯涨，聘用专门的员工进行口罩回收清理的成本大大提高，一次性口罩最终成为了社会尤其是医学界的主流选择。
口罩更加科技化、人性化
有没有戴起来更舒服、更方便、更安全甚至是更漂亮的口罩？为了回答这个问题，人类花了至少半个世纪的时间。
对于传统口罩来说，它的过滤性能来自于所选材质的机械阻隔能力，这就好比一张渔网，孔越小打捞上来的鱼越多，然而随着网孔的缩小，水流经过的流速也会随之变慢，这也就不难理解，为什么佩戴由6层纱布制成的口罩会让人感到窒息。好在，熔喷技术出现了。
这种在冷战时期由美国人发明的技术是从原油中提炼出聚丙烯，通过高温融化后，再利用高压热气喷射拉结成丝、冷却，最后就成了不用编织即可成形的纤维料，即熔喷无纺布。同时为了让“网孔大且吸附力好”不再是痴人说梦，人们又在静电的启发下发明了静电驻极技术，通过给熔喷无纺布带上一点儿静电电荷，使这种材料就像被绸缎摩擦过后的气球会吸起头发一样，也具备了能够吸附超小颗粒的能力。至此，“2片纺粘无纺布+1片熔喷无纺布”式的现代口罩选材终于诞生了，而就是这样一张小小的口罩，其有效过滤性是可以超过80%的。
此后，美国、欧洲、日本等地区也陆续制定出了自己的口罩标准。在我国，为了更好地适应长期防疫的需求，政府更是在2020年3月更新发布了T/CNITA 09104-2020《民用卫生口罩》新标准，进一步对口罩尤其是民用卫生口罩给出了更全面、更清晰的准则。然而，人们依然想问：口罩可以更好、更人性化吗？
近日，香港科技大学给出了一种制作“安全透气又透明口罩”的新选择：他们所发明的聚合物纳米薄膜，不仅材质轻薄柔软、韧性高、防水性好，其透气性更是远超N95标准。如果使用这种材质制作医用口罩，不仅能提升佩戴者长期佩戴的舒适感，而且它的透明特性还将便于彼此沟通，尤其对于残障人士非常人性化。
▲香港科技大学研究团队发明的聚合物纳米薄膜，透气性远超N95标准，还拥有透明的特性（图片来源/香港科技大学官网）
此外，雷蛇公司也给出了另一种更智能的解决方案：他们设计了一款名叫Project Hazel的高科技口罩，该口罩配备了N95医用级别的呼吸器和硅胶密封条，能有效防止飞沫传播，同时还支持自主通风，方便佩戴者随时进行通风换气。为了不影响社交沟通，口罩采用了环保的防水透明材质，同时还额外内置了麦克风和扩音器，借此减少佩戴口罩可能对人说话的干扰。考虑到爱美人士的苦恼，Project Hazel还用上了雷蛇的独家技术，让这款口罩能发出超过1680万种炫彩动态灯效……
▲雷蛇公司给出的Project Hazel口罩的概念图（图片来源/雷蛇）
口罩是人类与疾病抗争的见证，亦是人类现代文明发展的成果，每只口罩的背后，都藏着一段崎岖坎坷却从未止步的历史。■
参考文献：
https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(20)31207-1/fulltext
https://www.cdc.gov/niosh/npptl/Respiratory-Protection-history.html
https://www.bloomberg.com/opinion/articles/2020-04-10/medical-face-masks-an-illustrated-history
出品：科普中央厨房
监制：北京科技报 | 科学加客户端
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