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探讨如何保持护目镜不起雾

已有 1778 次阅读 2020-3-3 22:39 |系统分类:观点评述


 最近在关注一个问题:从网上和电视采访中可以发现,很多奋战在抗疫一线的医护人员为了节省医疗物资与时间,每次做好自身防护之后都会坚守在岗位上长达数小时之久,密不透风的防护服常常很快就将她/他们辛劳的汗水与喘息,变成了护目镜上一层厚厚的雾珠。


医护人员的视野被汗水与雾水遮盖


 不只是严密防护下的护目镜会起雾;当前几乎全体国民外出时都会戴口罩,在北方等气温仍比较低的地区,当一个戴眼镜的人同时戴着密封性不是非常严的普通口罩外出时,鼻子呼出肺里的温润空气从口罩和面部间的缝隙外泄,到达冰凉的眼镜表面时水蒸汽冷凝,也会很快形成一层阻挡视线的水雾;类似的情景还可能发生在洗澡时浴室的镜子上、空气湿度与温差较大时的汽车玻璃上,以及游泳/潜水时的泳镜上等等。


一、镜面起雾的原理与应对方法:

 一篇名为《泳镜防雾的原理》的“知乎”专栏文章(参考 2)较为浅显易懂地介绍了水雾产生的原理,并针对会产生水雾的“三个必要条件” (高湿度、冷表面、形成小水滴)各自提出了相应的对策。这三条对策分别为:1、针对高湿度,采用通风来降低空气中的水蒸气含量。比如天冷时汽车玻璃的内表面容易起雾,就可以采取开窗通风的方式来降低车内空气湿度。2、针对冷表面,采用隔热/加热的方法 。比如建筑物的窗户采用多层隔热玻璃,使室内的水蒸气与室外的低温无法相遇;再比如同样是天冷时的汽车玻璃,也可采用开暖风的方式来防止其内表面起雾。3、针对小水滴的形成,可通过改善镜面的亲水性来降低小水滴的表面张力,从而将水雾变为一层均匀的水膜,起到防雾的效果。

 考虑到当前一线医护人员的实际工作条件,这三条对策中最具可行性的当属最后一条,即通过改善镜面的亲水性,将小水滴变成均匀的水膜来实现防雾。


二、手段多样的防雾措施:

 不知道喜好游泳与潜水的读者是否留意过一个细节:有的游泳选手和潜水员在下水之前,会将自己的口水均匀涂抹在护目镜内表面上 。这其实就是将口水中的各种水溶性酶分散到镜面上,待干燥后即可形成一层均匀的亲水层。这是最简便经济的一种防雾方法,但并不适用于当前的抗疫一线:一是由于形成亲水层的水溶性酶在较短时间内就会逐渐溶解在水膜中流失,往往支撑不了医护人员动辄数小时的工作时间;二是即使涂抹自己的口水,其中也不免会有各种细菌等微生物,长时间处在护目镜内封闭、高湿的环境中可能会导致其中一些微生物快速增殖,从而增加医护人员的健康风险。

 除了口水,也可以选择其它一些“防雾剂”来形成亲水层,比如以下几种:1、汽车玻璃水、汽车玻璃防雾喷剂等汽车护理用品,但注意要先判断其有效成分是否会刺激眼睛。2、泳镜防雾剂等专业护目镜用品,对眼睛刺激性小,但价格较贵,往往一小瓶就要数十元。3、洗手/洗发液、沐浴露、洗洁精、肥皂等家常清洁用品,网上有心灵手巧的一线医护人员介绍采用沐浴露来涂抹眼镜和护目镜,据说其防雾效果可以持续6小时之久(参考 5),但需要注意的仍是这些清洁用品是否会对眼睛造成不适;另外,选用不同的产品,以及涂抹的方式、厚度不一样,都可能会对防雾的效果与持久性产生影响。4、网传另一种医护人员常用的防雾手段,是将医疗消毒用的碘伏涂抹在护目镜内表面,待干燥后也可以形成一层亲水膜。然而采用碘伏的局限在于:一是无法涂抹得太浓太厚,否则既会让护目镜颜色太深影响视线,单质碘易升华/凝华,且有一定毒性和腐蚀性的特点也会对眼睛产生刺激作用;二是如果涂抹得太少太稀,则薄薄的亲水层会很快溶解在水膜当中,使防雾的效果与持久性大打折扣。由于当前很多医护人员值一次班的时间就长达6-8小时以上,有时即使预先充分涂抹了碘伏,也很难保证在这么长的时间内护目镜上不起雾影响视线(参考 9)。5、除此之外,更高大上的办法是选用具有专业防雾功能的一次性防护面罩,然而在当前的抗疫条件下,无论从成本还是供应量的角度来说这个选项都无法推广。


专业泳镜防雾剂,小巧精致但价格较贵


 以上列举的“防雾剂”按照其中的有效成分,可以分为小分子表面活性剂和水溶性高分子两大类,但无论是哪一类都须具有较好的亲水性。在使用过程中,形成的亲水层会逐渐溶解在水膜里流失,因而除少数忽略成本的高技术产品,大多数“防雾剂”均不可能实现永久性防雾。结合当前的实际情况,符合一线医护人员需求的“防雾剂” 至少要满足以下几点 :1、对眼睛无刺激等不良影响;2、持久有效,可在工作时间内持续维持防雾效果;3、操作简单,成本可控,能够按照相对统一的标准对护目镜进行批量预处理。


三、水溶性高分子的潜力?

 小分子表面活性剂形成的亲水层较容易溶解在水中,有时需要添加增稠剂等辅助成分来提高其有效作用时间(参考 10);相对而言,聚合度高、分子量大的水溶性高分子一般具有更好的凝聚性、粘结性和成膜性等优点,与水接触后,会有一个先溶胀再溶解的过程,这有利于增强其防雾功能的时效性。

 我特意查询了一下有关碘伏的介绍:广义上的碘伏是单质碘与各种水溶性表面活性剂形成的不定型络合物水溶液。作为卤族元素的单质碘具有广谱的抗菌消毒作用,但在水中的溶解度很小;通过添加水溶性表面活性剂作为载体制成的碘伏,可以取代腐蚀性与刺激性较强的碘酒。当选用聚乙烯吡咯烷酮这种非离子水溶性高分子作为碘单质的载体和助溶剂时,这种碘伏又被称为聚维酮碘,是当前医疗领域中最常用的一种碘伏消毒剂。

 聚乙烯吡咯烷酮(又称聚维酮,英文缩写PVP)是一种生理学上类似于人体血浆蛋白的非离子水溶性高分子聚合物,其性质稳定、毒性很低,且具有很好的生理相容性,同时也具备较好的粘结性、成膜性 、吸湿性、增溶性等一般水溶性高分子的普遍优点,已被广泛研究并应用于医药、食品、化工等诸多领域。我在读研期间曾用PVP作为将纳米金属颗粒分散在均相溶剂(水、乙醇等)中的载体和稳定剂,其作用效果要好于同为水溶性高分子的聚乙二醇(英文缩写PEG)。

 聚维酮碘是PVP与单质碘形成的络合物水溶液,通过络合可以有效降低单质碘的刺激性与腐蚀性,因而具有对皮肤刺激小、毒性低、作用持久、安全性高等一系列优点,成为许多国家唯一认可并采用的医用碘伏消毒剂。综上所述可以进行两个推测:1、当前我国广泛使用的医用碘伏基本都是聚维酮碘;2、对于许多一线医护人员采用的“涂抹碘伏法”而言,真正让护目镜起到防雾效果的不是单质碘,而是PVP。

 如果推测成立就好办多了:无论是PVP还是PEG,都是已被“深挖熟知”并广泛应用于诸多领域的大宗化工产品,这就能保证其供应量与价格的稳定。而现在需要探讨的是:对于不同种类的水溶性高分子样品,以及同种样品不同分子量时(比如PEG 200/400/600/800/2000 ……),配置成多少浓度的水溶液为宜?以及如何将配置好的高分子水溶液涂抹在护目镜上并进行干燥处理,以满足一线医护人员长时间工作时的防雾要求?这需要在实践效果、供应成本与可操作性之间选取一个平衡区间,以便让各单位能够按照相对统一的标准和各自的实际情况,来对护目镜进行有针对性的批量预处理。只是当前我实验室这边没有任何分子量的PVP与PEG可供尝试,申请采购的周期又比较长 ,无法及时开展想象中的实验,希望对此有兴趣和条件的实验室在有空时,可以做个略微系统的研究。

这项工作也许发不了“高大上”的SCI,但如果能够真正解决一线医护人员所遇到的实际问题,也挺有意义的。

 

参考资料:

1、http://www.ddcpc.cn/yuanchuang/rebo/202002/t20200221_837775.shtml

2、https://zhuanlan.zhihu.com/p/26631669

3、https://zhuanlan.zhihu.com/p/38613784

4、https://zhuanlan.zhihu.com/p/104741347

5、http://news.sina.com.cn/video/2020-02-18/detail-iimxyqvz3974830.d.html

6、https://m.sohu.com/a/370811078_699704/

7、https://new.qq.com/omn/20200215/20200215A0M59400.html?pc

8、https://baike.baidu.com/item/%E7%A2%98/457545?fr=aladdin

9、http://finance.sina.com.cn/wm/2020-02-29/doc-iimxyqvz6806704.shtml

10、https://baijiahao.baidu.com/s?id=1659247601595083079&wfr=spider&for=pc

11、https://baike.baidu.com/item/%E7%A2%98%E4%BC%8F/2511861?fr=aladdin

12、https://baike.baidu.com/item/%E7%BB%9C%E5%90%88%E7%A2%98/2404818?fr=aladdin

13、https://baijiahao.baidu.com/s?id=1651679298170196043&wfr=spider&for=pc

14、https://baike.baidu.com/item/%E8%81%9A%E7%BB%B4%E9%85%AE%E7%A2%98/7788410?fr=aladdin

15、https://baike.baidu.com/item/%E8%81%9A%E4%B9%99%E7%83%AF%E5%90%A1%E5%92%AF%E7%83%B7%E9%85%AE/9227842?fr=aladdin

16、https://baike.baidu.com/item/%E8%81%9A%E4%B9%99%E4%BA%8C%E9%86%87/1251395?fr=aladdin

注:本文图片来自于网络,无商业用途。




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