顯微技術在醫用口罩檢驗中的應用

蔡承羽，周展威，林梓浩，劉雅蕓，陳 烜，陳 寧

（廣東警官學院刑事技術系，廣州 510440）

當前“新冠”疫情席卷全球，而“新冠”病毒主要通過接觸傳播、飛沫傳播和氣溶膠傳播[1]，因此口罩自然而然成為了重要的防疫物品，其需求量較平常大幅增長。與此同時，許多不法商家借此機會生產制造偽劣口罩并將其投入市場以此牟利，此類口罩或是不具有防護能力，或是仿制正規品牌的偽劣口罩。此外，隨著許多犯罪分子的反偵查能力不斷提高，犯罪分子在準備作案、實施犯罪、逃離現場等階段中均會有意識地佩戴口罩，因此口罩在偵破案件中也是重要物證之一。

醫用口罩多采用一層或者多層非織造布復合制作而成，具有孔隙率高、過濾率高等優點，主要生產工藝包括熔噴、紡粘、熱風或者針刺等，具有抵抗液體、過濾顆粒物和細菌等效用，是一種醫療防護用紡織品[2-4]，其包括一次性醫用口罩、醫用外科口罩和醫用防護口罩。其中日常最常見的為一次性醫用口罩和醫用外科口罩，因此本文主要將二者作為研究對象。當前國內外對于纖維的研究多見于研究紡織纖維及其制品，其研究方法主要有顯微鏡法[5]、光譜法、色譜法等，如：顧俊婕[6]用偏光顯微鏡檢驗天然纖維、再生纖維素纖維、化學纖維的形態特征，并與常規纖維定性方法進行比較，認為利用纖維在偏光顯微鏡下呈現的特征干涉色可實現纖維的快速定性。Peets等[7]使用ATR-FT-IR對收集到的86種紡織纖維樣品進行檢驗，結果表明ATR-FT-IR能快速無損地對不同種類的單組分和雙組分混合紡織品進行檢驗，再配合生物顯微鏡可對棉、麻進行區分。目前對于醫用口罩材質進行檢驗的文獻報道極少。在口罩作為犯罪現場遺留物證的情況下，對口罩檢驗的常規思維便是通過提取口罩上附著的脫落細胞進行DNA檢驗，但由于醫用口罩作為一次性用品，使用完畢后常被隨意丟棄，因此口罩上的生物物證易被污染、破壞，給DNA檢驗增加了難度。本文通過利用立體顯微鏡和偏光顯微鏡對醫用口罩進行檢驗，根據口罩各層的立體顯微特征和偏光特性對其進行區分，實現對不同品牌不同來源的醫用口罩的快速無損鑒別，可為打擊生產制造偽劣口罩的違法犯罪行為提供技術支撐，同時也可為在犯罪現場檢驗此類物證、追蹤犯罪嫌疑人提供參考和借鑒。

1 實驗

1.1 實驗儀器與實驗樣品

1.1.1 實驗儀器

立體顯微鏡N-101B、偏振光顯微鏡XP-210。

1.1.2 實驗樣品

從廣東各地區收集到醫用口罩共42只，其中一次性醫用口罩24只，醫用外科口罩18只。見表1。

表1 醫用口罩樣品表Table 1 The medical masks sampled

1.2 實驗方法

用剪刀將口罩各層分離開，每層均剪取適當大小的面積并用雙面膠粘貼在載玻片上，在口罩樣品正常水平放置條件下，將其置于立體顯微鏡15×下觀察口罩的顯微特征，在偏振光顯微鏡40×、400×下觀察樣品的干涉現象。

2 實驗結果與討論

醫用口罩一般具有三層，口罩面體分為內、中、外三層，內層為親膚材質（普通衛生紗布或無紡布），中層為隔離過濾層（超細聚丙烯纖維熔噴材料層），外層為特殊材料抑菌層（無紡布或超薄聚丙烯熔噴材料層）。絕大部分口罩的最內層、最外層均有橢圓形、圓形或菱形等軋點，少部分口罩上的軋點不規則或無軋點。將口罩內層與外層分別放置于立體顯微鏡下，觀察其軋點種類和相同單位面積內軋點的個數差異，以此來對口罩進行區分。

將口罩內層與外層分別放置于偏振光顯微鏡下進行檢驗，口罩的最內層和最外層的纖維呈現出了彩色的干涉顏色，不同品牌的口罩樣品、同一品牌口罩不同層的纖維，其干涉顏色均會出現差異，這為樣品的檢驗鑒定提供了依據。

2.1 立體顯微鏡

不同品牌口罩樣品的內層和外層用立體顯微鏡進行檢驗，可觀察到菱形、橢圓形或圓形等不同形狀的軋點，見圖1。

圖1 醫用口罩非織造布軋點形狀（15×）（a：圓形軋點；b：橢圓形軋點； c：菱形軋點；d：無軋點）Fig.1 The different bonding shape of the outermost layer of medical mask observed (a: circular; b: oval; c: rhombic; d: non-bonding)

同一品牌、同一批次的口罩，其同一層（最外層或最內層）非織造布上軋點的形狀、面積大小及排列方式等均相同，而不同品牌口罩上的軋點、同一口罩不同層的軋點，其面積大小、軋點間的橫向間距、縱向間距等會有所差異，這為根據口罩立體顯微特征來區分不同品牌口罩提供了依據。

在進行檢驗時加放比例尺，根據比例尺刻度，選用三個8 mm×8 mm的矩形框（框線的粗細為0.25磅），將其放置在所拍攝的口罩的顯微圖像上，分別算出在此面積內所包含的軋點數量。再取三個框內軋點數量的均值作為該層軋點的密度分布，以此來鑒別不同品牌的口罩。

矩形框的放置方法為：矩形框的下邊框和右邊框放置在軋點與軋點的間隔之間，與軋點排列方向平行且盡可能靠近軋點，矩形框的右下角夾著一個軋點，如圖2。計數方法為：計被包含在矩形框內的所有軋點的數量，不計與矩形框邊框有接觸的軋點。

圖2 矩形框放置方法Fig.2 Placing the rectangular box for calculation of bonding number

2.1.1 方差分析

方差分析可用于兩個及兩個以上樣本均數差別的顯著性檢驗，利用SPSS 25軟件對醫用口罩最外層、最內層三個矩形框內軋點數量進行分析，探究不同品牌醫用口罩軋點密度之間是否存在顯著性差異。

最外層軋點數量方差分析表見表2，其中SSA＝7031.468，SSE＝2.000，F＝7202.796。根據自由度df1＝41,df2＝84和顯著水平α＝0.05，通過查詢F分布表得臨界F0.05（41,84）＝1.53

表2 最外層軋點數量方差分析表Table 2 ANOVA-rendered result about the bonding number of the outermost layer of medical masks observed

最內層軋點數量方差分析表見表3，其中SSA＝4785.468，SSE＝17.333，F＝565.637。根據自由度df1＝41,df2＝84和顯著水平α＝0.05，通過查詢F分布表得臨界F0.05（41，84）＝1.53

表3 最內層軋點數量方差分析表Table 3 ANOVA-rendered result about the bonding number of the innermost layer of medical masks observed

2.1.2 立體顯微特征的醫用口罩區分

通過2.1.1的數據分析可知，口罩品牌與軋點密度之間有顯著性差異，因此依據三個框內軋點數量的均值，可將口罩樣品進行區分，如表4。

表4 樣品口罩軋點信息Table 4 The medical masks classified with their bonding density

由上表可知，依據此方法可區分出絕大部分口罩，僅有極少部分樣品不能用此法區分開來，如瑞洋制藥和晨康，萬福和峰之雪、LSGP、御尚方。

2.2 偏振光顯微鏡

偏振光顯微鏡主要是檢測偏振光通過透明光學晶體材料后偏振態的變化，通過檢測樣品的偏振特性確定樣品的結構[8]。經用偏光顯微鏡在400×放大倍率條件下觀察醫用口罩單根纖維，發現同種品牌的不同單根纖維其縱向形態和干涉特征會有所不同，同種品牌的同根纖維不同位置的縱向形態和干涉特征也有可能出現差異。即單根纖維的偏光特性對于口罩整體而言并不具有良好的代表性，其并不足以代表整個口罩。因此，若要根據醫用口罩纖維的偏光特性對醫用口罩進行區分，還需從其整體的偏光特性進行研究。

口罩的內層與外層分別放置于偏振光顯微鏡下，將光源亮度調至最亮，調整起偏鏡至正交偏光位置，在40×放大倍率條件下，可發現口罩有軋點的區域呈亮白和墨綠色，而口罩纖維部分則呈橙紅、橙紫、黃綠或淺黃色等顏色，見圖3。

圖3 醫用口罩非織造布的纖維干涉色（正交，40×）（a：黃綠色；b：橙紅色；c：橙紫色；d：黃色；e：橙綠色；f：橙色）Fig.3 The interference color from the fiber of medical mask observed (40×) under quadrature (a: yellow and green; b: orange and red; c:orange and purple; d: yellow; e: orange and green; f: orange)

不同品牌的口罩樣品、同一品牌口罩的不同層，其纖維部分的干涉顏色均會出現差異，依據口罩纖維的干涉顏色可將口罩樣品進行區分，見表5。

表5 樣品口罩纖維干涉顏色信息Table 5 The medical masks classified with their interference color

2.3 討論

通過觀察醫用口罩樣品的最外層和最內層的立體顯微圖像，將其軋點種類的不同和相同單位面積內軋點的個數的差異作為依據對醫用口罩樣品進行區分，根據口罩最外層、最內層在偏光顯微鏡下呈現出的不同偏光特性也可對醫用口罩樣品進行區分。此方法簡易快速，可實現對醫用口罩樣品的無損鑒別。但同時，采用立體顯微鏡對口罩進行檢驗時，外力對口罩的拉扯、口罩的放置方向、口罩的褶皺程度、比例尺厚度等均有可能在檢驗過程中造成誤差，因此在進行立體顯微鏡檢驗時需確?？谡终Ｋ椒胖?，盡可能保證口罩樣品未受外力拉扯，且應平鋪于載物臺，在檢驗時還應選取盡可能薄的比例尺，以減小誤差影響。而對于偏光顯微鏡法檢驗而言，其是依據口罩纖維上的干涉顏色進行鑒別，而口罩纖維的干涉顏色并不是單一顏色，且出現很多顏色相近的干涉色，如橙色和黃色，這兩種顏色的區分度并不大，可能會對樣品區分增加難度。另外由于儀器的差異、圖像傳輸色彩失真[9]、每個人對顏色的感知和定義不同，在檢驗工作中也會產生一定的誤差。

3 結語

本文利用顯微技術對醫用口罩進行檢驗，建立了一種簡易快速的無損檢驗醫用口罩的方法。根據醫用口罩的最外層和最內層在立體顯微鏡下的顯微特征和在偏振光顯微鏡下的干涉顏色將口罩樣品進行區分，可實現對不同品牌不同來源的醫用口罩的快速無損鑒別，為判斷口罩的品牌或者生產廠家等信息提供技術支撐，為打擊生產制造偽劣口罩的違法犯罪行為和在犯罪現場檢驗此類物證、追蹤犯罪嫌疑人提供參考和借鑒。