約翰·斯坦豪斯的銅製半球“口罩”——一種用木炭過濾有毒粉塵的口罩。

■高福進 周凱

陽春三四月，正是一年中游玩的好時節，但對花粉過敏的人來說，卻是一種折磨。好在還有口罩。在近些年中無論是防病毒、防霧霾，還是防花粉，口罩漸漸從專業的醫用領域進入了人們的日常生活中。

現代意義上的口罩從何而來？它又是如何一步步改進的？現今市場上千姿百態的口罩衍生出哪些功能和作用？讓我們一同走進現代口罩300餘年的“進化”史。

從“布朗運動”到首款醫用口罩

伴隨著工業革命的發展，西歐各個工業城市的大機器工廠拔地而起，一座座煙囪逐漸增加和增粗，環境汙染問題日益嚴峻。為了保護居民、工人而設計的口罩也誕生了。

到了18世紀末，這些具有一定的過濾功能的口罩可以阻擋煙霧，製作材料除了布料（紗布）之外，裡面的支撐物多是金屬。

進入19世紀以後，口罩的發展和改進基於醫學理論和科學發展。1827年，蘇格蘭植物學家羅伯特·布朗觀察到，花粉和孢子在水中處於懸浮狀態時，花粉的運動是不規則的，他後來證實其它微細顆粒如灰塵具有同樣情況，此即“布朗運動”原理。

這一運動理論奠定了口罩物對有害粉塵防護的發明基礎。1854年，蘇格蘭化學家約翰·斯坦豪斯成為第一個專門為過濾有害氣體而發明近似於現代口罩之人：他製作了一個盛有木炭粉的銅製半球型口罩，利用木炭來過濾有害有毒的細微顆粒粉塵等。這一口罩的樣式和功能，已經非常近似於現代口罩。當然，它的製作材料主要是金屬——青銅或者鋼鐵。但這種“口罩”並未得以普及，甚至也沒有得到批次生產。

幾乎與此同時，口罩的發明和改進在美洲取得了進展。19世紀中葉美國的發明家劉易斯·哈斯萊特是歷史上第一個獲得“防護口罩”專利的人。他專門為工作環境極為惡劣的礦工研製了防護口罩。該口罩使用了棉纖維、木炭等具有吸附有毒蒸氣功能的材料，被視為“防霾口罩”的原型。

此外，1877年，英國人發明並申請了“尼利煙霧面罩”專利。這種“煙霧面罩”類似於近現代歷史上我國那些菸民所使用的“水煙”袋。該煙霧面罩使用水飽和的海綿，將海綿同一袋水連線，直至連線到頸部，佩戴者可以擠壓水袋，使海綿反覆飽和，過濾掉一些煙霧。

同時，臨床醫學對工業粉塵、細菌等與呼吸系統有關的研究，也大大推進了新型口罩的發明。

19世紀末期，德國病理學專家、醫生米庫里茲·萊德奇發現病菌透過人們呼吸的空氣相互傳播，從而導致病人傷口加劇感染；而人們在面對面交流說話時，帶菌的唾液也同樣會導致傷口惡化。於是，他建議醫生在手術時，戴上一種用紗布製作的、能掩住口鼻的罩具。萊德奇經過實驗研發，終於“創造”出了輕軟的醫用防飛沫口罩。此舉果然有效，病人的傷口感染率大為減少。於是，那種用紗布製作、能掩住醫生的口和鼻的口罩成為醫生及醫護人員的標準化裝備之一。這一具有劃時代意義的時間節點是1895年。

1897年，改良款口罩誕生。萊德奇的學生、德國醫生胡伯納將鬆散鬆弛的結構加以改進，使之更加貼合人的面部輪廓，且由於雙層紗布間安裝了小鐵絲架的原因，口罩的形態變得更適宜調適。

1899年，首位手術時佩戴“外科口罩”的醫生出現。法國醫生保羅·伯蒂發明了一種六層紗布口罩。他將這種口罩縫製在醫生手術衣的衣領之上。在不需要手術的時候，這個口罩就掛在衣領上；當醫生要進行手術時，只需將衣領翻上來即可。伯蒂為口罩配置了兩條可以繞過頭部並系在一起的帶子——如同我們今天白色紗布口罩加上數根帶子。

再到後來，這種六層的口罩繼續改造成可以自行繫結的款式，如將一個環形的帶子掛在耳朵上，這種繫結的方法更為簡單便利。其形態和使用已經越來越接近於現代真正意義上的口罩。因此，一般認為現代醫用口罩的倡導者、發明者是上述德國醫學家萊德奇。不過，真正大規模使用和加速推廣、改良口罩則進入20世紀了。

千姿百態的口罩款式

在20世紀前期，口罩的衛生效用得到普遍認可，當然它們主要是醫學專用。20世紀中後期，口罩的功能和用途逐漸轉為遏制及阻擋有害的工業粉塵和空氣汙染。

在抗擊霧霾等嚴重的大氣汙染期間，口罩的材料針對性地進行了改進。歐美國家在20世紀六七十年代對口罩材質進行改革，最大的變化是無紡布和纖維濾棉被廣為使用。1967年，美國3M公司掌握了無紡布和靜電纖維濾棉的專有技術，在新材料的發明和使用方面達到了世界領先水平。今天的“NIOSH（美國國家職業安全衛生研究所）口罩標準”也由此而來。美國的NIOSH批准和認證計劃，自1994年起影響全球的口罩生產與銷售。我們所熟知的N95型口罩就是“NIOSH”所認證的防顆粒物口罩之一。

今天，日常醫用防護類口罩大多采用無紡布材料製作而成。這種無紡布材料的過濾核心在於其熔噴層，外科口罩越高階，熔噴布層數越多，同時紡粘層是由非織造布構成，強度好、耐高溫，穩定性和透氣性較高。但這類口罩不可用水洗或經過高溫消毒，否則會導致靜電吸附功能下降失去防護性。目前，無紡布材料口罩的主要代表型別有：N99口罩、N95口罩、KF94口罩、醫用外科口罩和普通醫用口罩。這五類口罩按照防護等級依次減弱，都是一次性使用，不能反覆使用。

除了無紡布材料製作而成的口罩之外，目前市場上仍流行著大量以活性炭材料為過濾層製作而成的口罩。活性炭口罩在防毒、除臭、濾菌、阻塵等方面有一定優勢，特別是防護在處理煤、鐵礦石及含石英礦物過程中或加工棉花、麵粉等其它物料過程中由機械力產生的粉塵、飄塵和霧等。無論是無紡布材料，抑或是活性炭材料製作而成的口罩，主要功能是為了防止以及阻隔病毒、汙染物對人體的傷害。

口罩的型別遠遠不止這些。目前，在市面上人們還能夠購買到防寒保暖、防紫外線等功能型別的口罩。這種口罩一般由棉布材料製作而成，主要用途是搭配服飾或防寒保暖等。雖然這類口罩不能防塵防菌，但是款式新穎多樣，能夠反覆清洗使用。

目前，口罩設計日益豐富和發展，人們使用一些新型複合型材料，讓口罩的功能和使用範圍更加精細化。在防護花粉、病毒、紫外線等用途上都設計了型別各異、材料複合的新型口罩，如防花粉的PITTA MASK口罩、預防95%及以上紫外線的BENEUNDER防曬口罩等。

一些設計師對口罩進行了更加高階和智慧化的設計，使其更具創意性和科技感。如一款曾經獲得2018年紅點概念設計獎的Snack Mask趣味口罩，以包裝一體化的形式方便任何年齡群體攜帶和使用；又如，源自丹麥的一款兒童口罩WoobiPlAY，採用一大一小兩個口，設定吸氣和出氣閥門，獨特的螺旋摺疊濾芯設定可以實現對95%的汙染物的過濾。

可以看出，這些創意口罩突破了傳統的設計，相信未來會有更多關於口罩的高科技設計出現，讓我們拭目以待。

(作者單位:上海交通大學馬克思主義學院)

《中國科學報》 （2021-04-15 第5版 文化週刊）