Volume 3, No. 2 • June 2020   Issue PDF

COVID-19 全球大流行 – 适用于普通大众、医务工作者和医院环境中呼吸器和口罩的消毒方法

Qisheng Ou, PhD; Chenxing Pei; Seong Chan Kim, PhD; Kumar Belani, MD; Rumi Faizer, MD; John Bischof, PhD; David Y. H. Pui, PhD

呼吸器和口罩的消毒

在本次 COVID-19 全球大流行期间，对保护一线医护人员和抑制社区传播至关重要的呼吸器和口罩严重短缺。1 一次性过滤面罩呼吸器和外科口罩在消毒后重复使用成为了必要策略。2,3 在此，我们提供了科学数据来支持三种消毒方法的使用。

紫外线消毒照射方法 (UVGI)4 使用两种UV 系统 (Clorox Optimum-UV Enlight® 系统、216 mJ/cm2)，该系统悬挂于小型消毒室中间，距呼吸器/口罩前后 1 米（3.3 英尺）远的位置。其可产生紫外线，并照射口罩 5 分钟。对于烘箱加热法，选择的温度为 77°C (170°F)，因为这是多数家用烘箱的最低温度设置，COVID-19 病毒可在 70°C 条件下被灭活。5 在目标温度下，将呼吸器/口罩叠放在烘箱内的咖啡过滤器上，不要接触任何金属表面，以防止受热损伤，并加热 30 分钟。对于蒸汽加热处理法，将呼吸器/口罩放在蒸汽发生器的架子上，用沸水加热 30 分钟。该处理不得在微波炉中进行，因为金属鼻夹可能会损坏呼吸器/口罩和微波炉。

在消毒处理前后，测定了 3M 8210 N95 呼吸器 (St. Paul, MN.)、3M 1820 外科口罩以及 Halyard 48207 医用口罩 (Alpharetta, GA) 的过滤效率和呼吸阻力。尽管 Covid-19 病毒的大小为 ~0.1 µm，6 但呼出的飞沫可达数微米或以上，当在空气中移动时，其会由于水汽蒸发而缩小。过滤介质的效率与污染物粒径呈强相关函数。我们在此报告了从0.03至0.4µm不同污染物粒径的效率分数，该粒径范围可代表多数穿透性颗粒物的粒径范围，因此，可将其与 Covid-19 病毒或其他目标病原体的粒径进行比较。如图 1 所示，在整个粒径范围内，N95 呼吸器的效率 >95%，但对 0.05-0.08 µm 颗粒物的过滤效率最低为 96%，对于粒径为 ~0.1 µm 的 Covid-19，其过滤效率 >98%。外科口罩和医用口罩具有较低的过滤效率，其对 0.1 µm 颗粒物的过滤效率分别为 ~85% 和 ~80%。在多达 10 次处理后，所有三种消毒处理方法既未导致材料出现明显变形或降解，也未降低过滤效率或透气性。唯一的例外是，在 10 次处理循环后，蒸汽处理导致外科口罩的过滤效率小幅降低（平均降低 <5%），这表明烘箱加热法是重复使用的更好选项。经测试，三种消毒方法在保留多数家用纤维材料的过滤能力方面是安全的（数据未显示）,对家庭自制口罩同样适用。我们的数据表明，该种处理并不会导致 N95 呼吸器和口罩的过滤效率或呼吸阻力出现系统性变化。处理后的 N95 呼吸器和口罩出现了呼吸阻力小幅增加，这是样品变化导致的，而不是处理本身导致的。测试方法是毁伤性的，因此，我们限制了样品数量，以节约宝贵的 N95 呼吸器和口罩。

图 1：与未处理的新样本相比，消毒处理的 3M 8210 N95、Halyard 48207 外科口罩和 3M 1820 医用口罩样品的颗粒物过滤效率分数和呼吸阻力（压差）。

图 1：与未处理的新样本相比，消毒处理的 3M 8210 N95、Halyard 48207 外科口罩和 3M 1820 医用口罩样品的颗粒物过滤效率分数和呼吸阻力（压差）。

在本研究中，由专职研究员使用 TSI PortaCount® Pro+ 8038 执行了定量的密合性试验。密合系数，即环境颗粒物浓度与呼吸器内的颗粒物浓度之比应当等于或大于 100 才能通过本试验。首先使用一个新的 3M 8210 N95 呼吸器，执行了定量的密合性试验，然后，使用相同的呼吸器，在 1、3、5 和 10 次 77°C烘箱处理循环以后，执行了该试验。在 1、3、5 和 10 次蒸汽热处理循环以后，对第二个 3M 8210 N95 呼吸器执行了密合性试验。如表 1 所示，烘箱处理对于呼吸器的完整性和密合性是安全的，而蒸汽加热处理可能会影响呼吸器的密合性。所有的密合性试验均由相同的人员执行。

表 1.新的 N95 呼吸器和在烘箱和蒸汽加热处理循环后的定量密合性试验结果

表 1. 新的 N95 呼吸器和在烘箱和蒸汽加热处理循环后的定量密合性试验结果

即使是使用相同的呼吸器，如果对不同的穿戴者进行试验，预期将得出不同的密合系数。在密合性试验过程中，开展试验的人员感觉未处理和已处理的 N95 呼吸器和口罩在透气性方面并没有任何差异。

结论：

我们测试了三种消毒方法（UVGI、烘箱和蒸汽加热），结果发现其并未降低过滤效率和密合系数。根据我们当前的结果，重复使用呼吸器和口罩不仅高效，而且还能重复使用多达 10 次。而且，这些方法不仅在医院环境中容易获得，而且在多数家庭环境中也容易获得。本研究仅测试了未使用的呼吸器/口罩在多次消毒处理后的性能。使用过的呼吸器/口罩在完整性和过滤效率方面有退化，通过消毒无法使其恢复。我们不建议重复使用有明显污染或材料的任何部分有明显退化的 N95 呼吸器或口罩。

 

协调员（均在明尼苏达大学工作）：

Qisheng Ou, PhD，研究助理，机械工程系

Chenxing Pei, PhD，学生，机械工程系

Seong Chan Kim, PhD，高级研究员，机械工程系

Linsey Griffin, PhD，平面设计学助理教授，设计学院

William Durfee, PhD，教授，机械工程系

John Bischof, PhD，教授，机械工程系

Rumi Faizer, MD，助理教授，外科学系

Kumar Belani, MBBS, MS，麻醉学教授

David Y. H. Pui, PhD，讲席教授，机械工程系

作者没有利益冲突。Dr. Qisheng Ou、Mr. Chenxing Pei、Dr. Seong Chan Kim 以及 Dr. David Y.H. Pui 对本文有同等贡献。

参考文献

  1. Livingston E, Desai A, Berkwits M. Sourcing personal protective equipment during the COVID-19 pandemic. JAMA. Published online March 28, 2020. https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2764031
  2. Decontamination and reuse of filtering facepiece respirators. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/hcp/ppe-strategy/decontamination-reuse-respirators.html.
  3. Coronavirus (COVID-19) Update: reusing face masks and N95 respirators: JAMA. Published online April 8, 2020. URL: https://edhub.ama-assn.org/jn-learning/audio-player/18433414
  4. Mills D, Harnish DA, Lawrence C, et al. Ultraviolet germicidal irradiation of influenza-contaminated N95 filtering facepiece respirators. American Journal of Infection Control. 2018;46:e49–e55.
  5. Chin AWH, Chu JTS, Perera MRA, et al. Stability of SARS-CoV-2 in different environmental conditions. The Lancet Microbe. Published online April 2, 2020. doi:10.1016/S2666-5247(20)30003-3
  6. Zhu N, Zhang D, Wang W, et al. A Novel Coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019. New England Journal of Medicine. 2020;382:727–733.