近日，来自美国国家标准技术研究所(NIST)和史密森学会博物馆保护研究所的研究员们合作完成了一项关于各种天然及合成织物，是如何过滤类似于新型冠状病毒大小的颗粒的新研究。

他们对32种样本布料进行测试评估以确定它们过滤颗粒的能力和透气性，其中5种最有效阻挡颗粒的材料中有3种是全棉，并且有明显凸起的纤维或绒毛，就像法兰绒那样；而表现最差的5种材料中有4种是合成材料。测试结果表明，多层织物可进一步提高棉织物的有效性，但没有一种材料的效率接近N95口罩。

（结果发现，在32种测试织物中， 100%聚酯织物是排名前五的两种合成样品之一。为了帮助研究人员看到更多细节，原始图像被转换成两种色调的图像，其中黄色表示织物较薄或开阔的区域，蓝色表示织物较厚的区域。）

该项目采用过滤效率来确定材料的过滤性能。NIST研究员克里斯托弗·赞迈斯特和詹姆斯·拉德尼是气溶胶测量领域的专家，他们建立了一个相对简单的实验，依靠非常灵敏的设备来测量和计数气溶胶粒子。赞迈斯特说：“我们采集一个织物样本（非完整口罩），然后让已知大小的粒子流在其上面流动，通过计算穿过织物前后的微粒数量得出这种材料过滤颗粒物的效率。”

研究小组没有使用真正的SARS-CoV-2病毒样本（直径约为110 nm），而是使用了美国疾病控制和预防中心下属的国家职业安全和健康研究所(NIOSH)推荐的病毒颗粒替代品——食盐（氯化钠）。实验中使用的气流速率也来自NIOSH的测试建议。研究人员测试了每一种材料对50~825 nm粒径范围颗粒的过滤效率，将其相对性能绘制成图表。

除了织物，研究小组还比较了高效微粒空气过滤器（用于自制面罩）、N95口罩、医用口罩甚至咖啡滤芯等材料，结果表明，N95口罩经过严格测试，在病毒尺寸范围内能够阻挡至少95%的颗粒；高效微粒空气过滤器可以过滤99.97%的微粒（约300nm），甚至过滤更多更小的微粒。在NIST研究的织物中，性能最好的单层织物能阻挡20%的病毒大小的颗粒。该团队还测试了织物的组合用法(一层棉和一层合成纤维)，但过滤效果并没有提高。

（上图是光线从下方穿透织物而形成的，显示了网状结构，这是医用口罩的常见特征。由反射直接光制成的小图像显示了，在正常情况下肉眼看到织物的样子。）

当赞迈斯特和拉德尼在NIST马里兰州盖瑟斯堡校区进行气溶胶实验时，具有纺织背景的材料化学家杰米·韦弗和显微镜专家爱德华·维森齐从3月中旬开始就在家里进行成像工作。他们对每一块织物进行研究，以确定其纱线数、组织和质量，希望建立这些特征与织物过滤性能之间的关系。

“我们故意使用廉价的数字显微镜和免费软件在家做这部分研究，”韦弗说，“这样做的动机之一是开发成像方法，让普通科学家能够以相对较少的启动成本来更好地研究织物。”

通过结合成像和气溶胶测量，研究小组发现，那些过滤颗粒物最多的织物，通常也是最难呼吸的，有些甚至达不到健康和安全的透气性要求。韦弗说：“结果证明，材料纹理是最有用的实验参数之一，因为我们发现大多数有凸起线的棉织物过滤效果最好。织物过滤颗粒的能力是基于材料类型、纤维性能、组织结构和纱线数量之间复杂的相互作用。”

这项研究扩充了可追溯至1918年流感大流行时期有关织物和过滤的知识体系。那次流感导致全球约2000~5000万人死亡，推动了对织物口罩及其预防病毒潜力的首次研究，并为随后关于布过滤器不适用于医疗机构的研究提供了知识支撑。但是该团队发现，尽管对这一课题已经进行了数十年的研究，但由于缺乏标准的测试方法和广泛的测试材料，很难直接与之前发表的研究结果进行比较。他们希望该研究项目能够提供一种快速筛选材料的方法。

“开始这个项目的时候，我们并不知道答案，”迈斯特说，“但最重要的是，这些面料都不如N95口罩好。然而，布面覆盖物可以帮助减缓冠状病毒的传播。我们希望这项研究有助于制造商和DIY者确定最适合这项工作的面料，并作为进一步研究的基础。”

该团队计划在不久的将来对一组新的材料进行新一轮的测试。韦弗和维森齐已经升级了他们的成像硬件，并计划在下一轮面料中使用更复杂的纹理分析。