2. 清华大学附属垂杨柳医院
医务人员在门诊或病房从事诊疗、护理等工作时，佩戴口罩是一种有效防护措施。随着纳米技术的发展，光催化纳米级二氧化钛(光触媒抗菌技术)成为一种新型有效的抗菌方法。本次研究对使用光触媒抗菌技术的口罩材料进行了抗菌性能测试后，提供给医务人员N95-光触媒抗菌口罩与普通N95口罩在诊疗工作时佩戴，并对两种口罩内、外表面的细菌总数和真菌总数差异进行比对，为探索光触媒技术改善佩戴口罩人员的防护效果提供依据。
1 材料与方法 1.1 研究对象对N95-光触媒抗菌口罩的抗菌性能进行检测后，在某三级医院呼吸科病房按(20~30)岁(14人)、(30~40)岁(13人)、(40~50)岁(12人)3个年龄段人数相近且性别构成相近(男性18人，女性21人)的医护人员39人，每人分别佩戴3 d普通N95口罩和N95-光触媒抗菌口罩各1次后，对两种口罩内、外表面的细菌总数和真菌总数进行检测。
1.2 测试口罩普通N95口罩和N95-光触媒抗菌口罩的防护级别均为KN95(KN95为中国标准，N95为美国NIOSH标准，二者技术参数一致)，佩戴方式同为耳带折叠式，二者均有呼吸阀。两种口罩过滤结构相同，区别为N95-光触媒抗菌口罩的内、外表面的无纺布材料添加了光触媒抗菌成分。
1.3 设备与耗材生物安全柜(LABCONCO公司)、恒温培养箱(BINDER公司)、霉菌培养箱(BINDER公司)、振荡培养箱(上海智城仪器制造有限公司)、营养琼脂培养基、沙氏琼脂培养基、0.03 mol/L磷酸盐缓冲液、含0.1%吐温80的磷酸盐缓冲液(PBS)、营养肉汤(北京陆桥技术股份有限公司)，5 cm×5 cm规格板。
1.4 N95-光触媒抗菌口罩抗菌性能测试抗菌性能测试依据《纺织品抗菌性能的评价第三部分：振荡法》(GB/T 20944.3-2008)[1]进行，实验菌株为金黄色葡萄球菌(8099)和大肠杆菌(ATCC 6538)，加菌量为(3×105~4×105)CFU/mL；白色念珠菌(ATCC 10231)，加菌量为(1×108~5×108 CFU/mL)，振荡时间为18 h，按式1计算抑菌率。
| $ 抑菌率(\%)= \frac{{ A-B}}{{A}} ×100 $ | (1) |
式中：A — 3个普通N95口罩表面无纺布18 h振荡接触后烧瓶内的活菌浓度平均值(CFU/mL)；
B — 3个N95-光触媒抗菌口罩表面无纺布18 h振荡接触后烧瓶内的活菌浓度的平均值(CFU/mL)。
评价标准：对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率≥70%，对白色念珠菌抑菌率≥60%，样品具有抗菌效果。
1.5 样品采集将呼吸科病房医护人员分为性别比例相近的A、B两组，A组配戴普通N95口罩，B组佩戴N95-光触媒抗菌口罩，佩戴时间自8 :00工作起始至12 :00为0.5 d，13 :00~17 :00为0.5 d，非佩戴时间将口罩放入口罩原配的包装袋中。佩戴3 d后，佩戴者将口罩沿中线对折，放入无菌采样袋中密封，立即送至实验室进行取样。实验重复1次，重复时将A、B两组人员需要佩戴的口罩进行交换。使用无菌的5 cm×5 cm规格板和剪刀，将口罩靠近中央位置剪下25 cm2，用无菌镊子将内表面和外表面剥离后分别投入10 mL含0.1%吐温80的PBS中，充分振荡洗脱，制成待测样液。
1.6 细菌菌落总数检测方法将上述待测样液平行接种于2块无菌空白平皿中(如果样品使用痕迹较重，可适当稀释待测样液)，每个平皿中加入1 mL样液，然后倾注冷却至45 ℃左右的营养琼脂培养基并旋转，使样液与培养基充分混合，待凝固后，翻转平皿置36±1℃培养箱培养48 h，计数细菌菌落总数。
1.7 真菌菌落总数检测方法将上述待测样液平行接种2块无菌空白平皿中(如果样品使用痕迹较重，可适当稀释待测样液)，每个平皿中加入1 mL样液，然后倾注冷却至45 ℃左右的沙氏琼脂培养基并旋转，使样液与培养基充分混合，待凝固后，翻转平皿倒置于28±1℃培养5 d，计数真菌菌落总数。
1.8 统计分析用SPSS 18.0统计软件对两组样本进行独立样本t检验，分析两种口罩的内、外表面细菌总数和真菌总数的差异，以P＜0.05为差异有统计学意义。由于微生物在环境中分布的特殊性，导致微生物实验的原始检测结果不符合正态分布，但当检验结果取对数后，所得数值近似接近于正态分布[2]。因此，将各培养基计数结果分别取其常用对数后，再进行独立样本t检验。
1.9 质量控制实验菌株为本实验室保存(由中国普通微生物菌种保藏管理中心提供)，符合标准菌株保藏及验证质控要求。
实验用试剂均在保质期内，所用培养箱年检合格。
2 结果 2.1 口罩表面材质的抗菌性能检测结果N95-光触媒抗菌口罩表面无纺布作用18 h，对大肠杆菌的抑菌率为99.88%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为98.27%，对白色念珠菌的抑菌率为85.79%。
2.2 佩戴后口罩微生物携带状况检测 2.2.1 口罩内表面经独立样本t检验，比较两组口罩内细菌总数方差齐性(F=0.540，P=0.465＞0.05)，差异无统计学意义(t=-0.119，P=0.906＞0.05)；比较两组口罩内真菌总数方差齐性(F=1.494，P=0.225＞0.05)，差异无统计学意义(t=1.450，P=0.151＞0.05；表 1)。
| 统计量 | 细菌总数 | 真菌总数 | |||
| 普通N95口罩 | N95-光触媒抗菌口罩 | 普通N95口罩 | N95-光触媒抗菌口罩 | ||
| 样品数/个 | 38 | 39 | 38 | 39 | |
| x±s | 3.62±3.49 | 3.61±3.54 | 3.73±3.71 | 3.60±3.45 | |
| 计数范围 | 2.64~4.09 | 2.93~4.25 | 3.07~4.46 | 2.80~4.24 | |
2.2.2 口罩外表面
经独立样本t检验，比较两组口罩内细菌总数方差齐性(F=2.645，P=0.108＞0.05)，差异有统计学意义(t=2.329，P=0.023＜0.05)，普通N95口罩高于N95-光触媒抗菌口罩；比较两组口罩内真菌总数方差齐性(F=0.037，P=0.848＞0.05)，差异有统计学意义(t=2.203，P=0.031＜0.05)，普通N95口罩高于N95-光触媒抗菌口罩(表 2)。
| 统计量 | 细菌总数 | 真菌总数 | |||
| 普通N95口罩 | N95-光触媒抗菌口罩 | 普通N95口罩 | N95-光触媒抗菌口罩 | ||
| 样品数/个 | 38 | 39 | 38 | 39 | |
| x±s | 3.35±3.22 | 3.02±2.97 | 3.11±2.98 | 2.95±2.86 | |
| 计数范围 | 1.47~3.85 | 1.65~3.62 | 2.21~3.63 | 2.11~3.49 | |
3 讨论
N95口罩为多层复合结构，内外表面均为无纺布隔离层，起隔离阻挡大颗粒物的作用。中间的熔喷过滤层的作用是吸附、捕捉小颗粒物。临床医护人员佩戴口罩可防止病原微生物通过呼吸道进入体内，并对院内感染起到预防作用[3]。N95口罩的密合性能明显优于一次性医用口罩[4], 对细菌颗粒的防护效果也优于一次性医用口罩, 在空气细菌浓度较高的环境(如医院、农场等)中优势更明显[5]。
国内医院的医护人员工作时多佩戴一次性医用口罩，连发热门诊或呼吸科门诊、呼吸科病房的医护人员也以佩戴一次性医用口罩为主。医院未提供N95口罩供医护人员使用与口罩的使用成本有关，如果口罩可以重复使用，而不是戴过一次即抛弃，可以在一定程度上降低N95口罩的使用成本。世界卫生组织(WHO)推荐使用N95口罩用于防治呼吸道传染病，但未对使用时间做出明确要求[6]。《耐药结核病防治手册》[7]虽明确指出N95口罩可以重复使用，但未要求使用时限。我国国家标准《呼吸防护用品—自吸过滤式防颗粒物呼吸器》(GB 2626-2006)[8]、《医用防护口罩技术要求》(GB 19083-2010)[9]和《日常防护型口罩技术规范》(GB/T 32610-2016)[10]也未对使用时间做出要求，为兼顾安全性与经济性，本文在设计佩戴时间时根据文献表明“N95口罩佩戴3 d在理论上其过滤效率仍可达到国际标准[11]”将佩戴时间定为3 d。
光触媒抗菌的原理为：纳米级TiO2光照后可产生氧化能力极强的氢氧基，对细菌、真菌孢子、和病原体的细胞壁、细胞膜和DNA双链有直接破坏作用达到抗菌效果[12]，对光催化的敏感性按由强到弱排序为：革兰氏阴性菌＞革兰氏阳性菌＞酵母菌＞霉菌[13]。将经过TiO2处理的织物加金黄色葡萄球菌和大肠杆菌后暴露6 h，菌落形成单位可下降2个对数级[14]。本次实验选用的N95-光触媒抗菌口罩其内外表面材质相同，对革兰氏阴性的大肠杆菌、革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌和白色念珠菌(酵母菌)均具有良好的抗菌效果。
佩戴N95口罩，内表面上附着的微生物与口罩累计佩戴时间呈正相关，而外表面的微生物与累计佩戴时间无明显相关性[15]，与佩戴者所处环境空气中的细菌浓度呈明显正相关[16]。结果表明，口罩内表面的细菌总数和真菌总数，N95-光触媒抗菌口罩与普通N95口罩无统计学差异，这是因为TiO2的含量、光源的种类与光强以及反映体系中的O2含量都会影响其杀菌效果[17]，口罩内表面一经佩戴即无法进行光照且缺乏O2含量，致使TiO2产生具有杀菌效果的氢氧基量不足但口罩内表面的细菌真菌，主要由佩戴者的呼吸道和口腔中的菌群组成，因此不会对佩戴者自身产生影响。
研究结果显示两种口罩外表面的细菌总数和真菌总数，存在统计学差异，添加了光触媒成分的口罩可以减少口罩外表面的细菌总数和真菌总数。有文献表明医院内的真菌感染与环境中的真菌浓度有关[18]，身处这种特殊环境工作的医护人员更易沾染各种包含各种耐药菌的病原微生物[19-20]并引起传播，降低口罩外表面的微生物可起到对佩戴者的保护作用。我国现有标准中仅对口罩在出厂时表面的微生物指标进行了要求，但未对使用中口罩上的微生物指标进行限定，因此，使用带有抗菌能力的口罩，除可节约口罩成本外也在院内感染防控方面起到作用。光触媒作用在医院的床垫、床褥表面2.5 h；1和2周；1、2、3、4、5和10个月，均可不同程度减少细菌数量[21]，本次实验仅监测了一个时间点，对N95-光触媒抗菌口罩在医院应用中的评价有一定局限，为了解光触媒在口罩外表面杀菌作用的起效时间和持续时间，还需进行进一步的实验。
医护人员与病人接触密切，容易受到病原微生物的侵袭引起院内感染，除应使用防护效果更好的防护用品外，还可采用抗菌技术对防护材料进行干预来改善病原微生物对医护人员或病人的影响及控制院内感染。光触媒的主要成分为纳米TiO2，其性能稳定，对人体无害，是一种安全有效的抗菌剂。使用在外表面添加光触媒抗菌成分的N95口罩可以起到对佩戴者和病人的双重保护作用，为控制院感及保护医务工作者提供了新的方法。在其他需要佩戴口罩的场合(如工厂或雾霾天气的室外等)，添加了光触媒抗菌成分的N95口罩因其可以有效的抑制细菌和真菌的生长，故可多次使用延长口罩使用时间，节约使用成本提高性价比。须注意：可重复使用的时间与佩戴环境相关，如果佩戴环境光照不足或佩戴不足3 d即出现呼吸阻力变大的感觉，应立即更换口罩。
| [1] |
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中华人民共和国国家标准化管理委员会. GB/T 20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价, 第3部分: 振荡法[S].北京: 中国标准出版社, 2008. (In English: General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China. GB/T 20944.3-2008 Textiles-Evaluation for antibacterial activity-Part 3: shake flask method[S]. Beijing: Standards Press of China, 2008.)
|
| [2] |
International Organization for Standardization. 17994-2014 Water quality-Requirements for the comparison of the relative recovery of microorganisms by two quantitative methods[S].Switzerland: ISO copyright office, 2014.
|
| [3] |
Centers for Disease Control and Prevention. Interim guidance issued for the use of facemasks and respirators in public settings during an influenza pandemic[R]. U.S. Department of Health and Human Services 2007.
|
| [4] |
Tuomi T. Face seal leakage of half masks and surgical masks[J]. Am Ind Hyg Assoc J, 1985, 46(6): 308-312. DOI:10.1080/15298668591394879 |
| [5] |
卢玮, 朱啸川, 张欣雨, 等. 不同环境下N95自吸过滤式防尘口罩与医用口罩对细菌滤过性能的比较[J]. 中华劳动卫生职业病杂志, 2016, 34(9): 643-646. (In English: Lu W, Zhu XC, Zhang XY, et al. Respiratory protection provided by N95 filtering facepiece respirators and disposable medicine masks against airborne bacteria in different working environments[J]. Chin J Ind Hyg Occup Dis, 2016, 34(9): 643-646. DOI:10.3760/cma.j.issn.1001-9391.2016.09.002) |
| [6] |
W HO. WHO policy on TB infection control in health-care facilities, congregate settings and households[M]. France: WHO, 2009.
|
| [7] |
唐神结. 耐药结核病防治手册[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2009: 177.
|
| [8] |
国家安全生产监督管理局. GB 2626-2006呼吸防护用品-自吸过滤式防颗粒物呼吸器[S].北京: 中国标准出版社, 2006. (In English: State Administration of Work Safety. GB 2626-2006 Respiratory protective equipment-non-powered air-purifying particle respirator[S]. Beijing: Standards Press of China, 2006.)
|
| [9] |
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中华人民共和国国家标准化管理委员会. GB 19083-2010医用防护口罩技术要求[S].北京: 中国标准出版社, 2010. (In English: General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China. GB 19083-2010 Technical requirements for protective face mask for medical use[S]. Beijing: Standards Press of China, 2010.)
|
| [10] |
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中华人民共和国国家标准化管理委员会. GB/T 32610-2016日常防护型口罩技术规范[S].北京: 中国标准出版社, 2016. (In English: General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China. GB/T 32610-2016 Technical specification of daily protective mask[S]. Beijing: Standards Press of China, 2016.)
|
| [11] |
杜健, 岳淑敏, 谢忠尧, 等. 医用防护口罩防护效率及佩戴时间的研究[J]. 中国防痨杂志, 2012, 34(10): 633-636. (In English: Du J, Yue SM, Xie ZY, et al. The study on the filter efficiency and wearing time of medical protective mask[J]. Chin J Antituberc, 2012, 34(10): 633-636.) |
| [12] |
张皖瑜, 尹湘毅, 丁艳, 等. 光触媒技术在医院临床应用进展[J]. 医学研究生学报, 2006, 19(4): 370-372. (In English: Zhang WY, Yin XY, Ding Y, et al. Prospect of light-catalyst application in hospital[J]. J Med Postgrad, 2006, 19(4): 370-372. DOI:10.3969/j.issn.1008-8199.2006.04.024) |
| [13] |
贾璐, 高旭, 葛少华. 光催化纳米二氧化钛材料的抗菌机制及其影响因素[J]. 口腔医学, 2017, 37(1): 81-84. (In English: Jia L, Gao X, Ge SH, et al. Antibacterial mechanism and influencing factors of photocatalytic nano-titanium dioxide materials[J]. Stomatology, 2017, 37(1): 81-84.) |
| [14] |
Kasuga E, Kawakami Y, Matsumoto T, et al. Bactericidal activities of woven cotton and nonwoven polypropylene fabrics coated with hydroxyapatite-binding silver/titanium dioxide ceramic nanocomposite "Earth-plus"[J]. Int J Nanomedicine, 2011, 6: 1937-1943. |
| [15] |
丁珵, 毛怡心, 武利平, 等. 雾霾天气下佩戴防颗粒物口罩的微生物学评价研究[J]. 实用预防医学, 2018, 25(11): 1298-1302. (In English: Ding C, Mao YX, Wu LP, et al. Microbiological assessment of wearing the particulate respirator during haze days[J]. Pract Prev Med, 2018, 25(11): 1298-1302. DOI:10.3969/j.issn.1006-3110.2018.11.005) |
| [16] |
Luksamijarulkul P, Aiempradit N, Vatanasomboon P. Microbial contamination on used surgical masks among hospital personnel and microbial air quality in their working wards:a hospital in Bangkok[J]. Oman Med J, 2014, 29(5): 346-350. DOI:10.5001/omj.2014.92 |
| [17] |
宋承辉, 刘希真. 二氧化钛光催化氧化机理及杀菌效果[J]. 中国消毒学杂志, 2001, 18(3): 169-173. (In English: Song CH, Liu XZ. Mechanism and germicidal efficacy of oxidation photo catalyzed by titanium oxide[J]. Chin J Disinfect, 2001, 18(3): 169-173. DOI:10.3969/j.issn.1001-7658.2001.03.009) |
| [18] |
谢林森, 黄永杰, 燕巍. 某三级综合医院院内真菌感染与环境真菌浓度的关系研究[J]. 医药论坛杂志, 2017, 38(12): 24-25, 28. (In English: Xie LS, Huang YJ, Yan W. Study on relationship between nosocomial fungal infection and environmental fungal concentration in one tertiary hospital[J]. J Med Forum, 2017, 38(12): 24-25, 28.) |
| [19] |
Treakle AM, Thom KA, Furuno JP, et al. Bacterial contamination of health care workers' white coats[J]. Am J Infect Control, 2009, 37(2): 101-105. DOI:10.1016/j.ajic.2008.03.009 |
| [20] |
陈亚男, 刘菁, 刘善善, 等. 多药耐药菌医院感染流行病学特征与干预效果评价[J]. 中华医院感染学杂志, 2017, 27(12): 2834-2836, 2844. (In English: Chen YN, Liu J, Liu SS, et al. Epidemiologic feature and evaluation of intervention effects on nosocomial infections of multidrug-resistant organisms[J]. Chin J Nosocomiol, 2017, 27(12): 2834-2836, 2844.) |
| [21] |
张亚莉, 汪能平, 孙树梅, 等. 光触媒涂布医院使用中床垫、床褥杀菌效果的研究[J]. 南方医科大学学报, 2008, 28(4): 611-613. DOI:10.3321/j.issn:1673-4254.2008.04.048 |