显微技术在医用口罩检验中的应用

蔡承羽，周展威，林梓浩，刘雅芸，陈 烜，陈 宁

（广东警官学院刑事技术系，广州 510440）

当前“新冠”疫情席卷全球，而“新冠”病毒主要通过接触传播、飞沫传播和气溶胶传播[1]，因此口罩自然而然成为了重要的防疫物品，其需求量较平常大幅增长。与此同时，许多不法商家借此机会生产制造伪劣口罩并将其投入市场以此牟利，此类口罩或是不具有防护能力，或是仿制正规品牌的伪劣口罩。此外，随着许多犯罪分子的反侦查能力不断提高，犯罪分子在准备作案、实施犯罪、逃离现场等阶段中均会有意识地佩戴口罩，因此口罩在侦破案件中也是重要物证之一。

医用口罩多采用一层或者多层非织造布复合制作而成，具有孔隙率高、过滤率高等优点，主要生产工艺包括熔喷、纺粘、热风或者针刺等，具有抵抗液体、过滤颗粒物和细菌等效用，是一种医疗防护用纺织品[2-4]，其包括一次性医用口罩、医用外科口罩和医用防护口罩。其中日常最常见的为一次性医用口罩和医用外科口罩，因此本文主要将二者作为研究对象。当前国内外对于纤维的研究多见于研究纺织纤维及其制品，其研究方法主要有显微镜法[5]、光谱法、色谱法等，如：顾俊婕[6]用偏光显微镜检验天然纤维、再生纤维素纤维、化学纤维的形态特征，并与常规纤维定性方法进行比较，认为利用纤维在偏光显微镜下呈现的特征干涉色可实现纤维的快速定性。Peets等[7]使用ATR-FT-IR对收集到的86种纺织纤维样品进行检验，结果表明ATR-FT-IR能快速无损地对不同种类的单组分和双组分混合纺织品进行检验，再配合生物显微镜可对棉、麻进行区分。目前对于医用口罩材质进行检验的文献报道极少。在口罩作为犯罪现场遗留物证的情况下，对口罩检验的常规思维便是通过提取口罩上附着的脱落细胞进行DNA检验，但由于医用口罩作为一次性用品，使用完毕后常被随意丢弃，因此口罩上的生物物证易被污染、破坏，给DNA检验增加了难度。本文通过利用立体显微镜和偏光显微镜对医用口罩进行检验，根据口罩各层的立体显微特征和偏光特性对其进行区分，实现对不同品牌不同来源的医用口罩的快速无损鉴别，可为打击生产制造伪劣口罩的违法犯罪行为提供技术支撑，同时也可为在犯罪现场检验此类物证、追踪犯罪嫌疑人提供参考和借鉴。

1 实验

1.1 实验仪器与实验样品

1.1.1 实验仪器

立体显微镜N-101B、偏振光显微镜XP-210。

1.1.2 实验样品

从广东各地区收集到医用口罩共42只，其中一次性医用口罩24只，医用外科口罩18只。见表1。

表1 医用口罩样品表Table 1 The medical masks sampled

1.2 实验方法

用剪刀将口罩各层分离开，每层均剪取适当大小的面积并用双面胶粘贴在载玻片上，在口罩样品正常水平放置条件下，将其置于立体显微镜15×下观察口罩的显微特征，在偏振光显微镜40×、400×下观察样品的干涉现象。

2 实验结果与讨论

医用口罩一般具有三层，口罩面体分为内、中、外三层，内层为亲肤材质（普通卫生纱布或无纺布），中层为隔离过滤层（超细聚丙烯纤维熔喷材料层），外层为特殊材料抑菌层（无纺布或超薄聚丙烯熔喷材料层）。绝大部分口罩的最内层、最外层均有椭圆形、圆形或菱形等轧点，少部分口罩上的轧点不规则或无轧点。将口罩内层与外层分别放置于立体显微镜下，观察其轧点种类和相同单位面积内轧点的个数差异，以此来对口罩进行区分。

将口罩内层与外层分别放置于偏振光显微镜下进行检验，口罩的最内层和最外层的纤维呈现出了彩色的干涉颜色，不同品牌的口罩样品、同一品牌口罩不同层的纤维，其干涉颜色均会出现差异，这为样品的检验鉴定提供了依据。

2.1 立体显微镜

不同品牌口罩样品的内层和外层用立体显微镜进行检验，可观察到菱形、椭圆形或圆形等不同形状的轧点，见图1。

图1 医用口罩非织造布轧点形状（15×）（a：圆形轧点；b：椭圆形轧点； c：菱形轧点；d：无轧点）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，其同一层（最外层或最内层）非织造布上轧点的形状、面积大小及排列方式等均相同，而不同品牌口罩上的轧点、同一口罩不同层的轧点，其面积大小、轧点间的横向间距、纵向间距等会有所差异，这为根据口罩立体显微特征来区分不同品牌口罩提供了依据。

在进行检验时加放比例尺，根据比例尺刻度，选用三个8 mm×8 mm的矩形框（框线的粗细为0.25磅），将其放置在所拍摄的口罩的显微图像上，分别算出在此面积内所包含的轧点数量。再取三个框内轧点数量的均值作为该层轧点的密度分布，以此来鉴别不同品牌的口罩。

矩形框的放置方法为：矩形框的下边框和右边框放置在轧点与轧点的间隔之间，与轧点排列方向平行且尽可能靠近轧点，矩形框的右下角夹着一个轧点，如图2。计数方法为：计被包含在矩形框内的所有轧点的数量，不计与矩形框边框有接触的轧点。

图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

方差分析可用于两个及两个以上样本均数差别的显著性检验，利用SPSS 25软件对医用口罩最外层、最内层三个矩形框内轧点数量进行分析，探究不同品牌医用口罩轧点密度之间是否存在显著性差异。

最外层轧点数量方差分析表见表2，其中SSA＝7031.468，SSE＝2.000，F＝7202.796。根据自由度df1＝41,df2＝84和显著水平α＝0.05，通过查询F分布表得临界F0.05（41,84）＝1.53

表2 最外层轧点数量方差分析表Table 2 ANOVA-rendered result about the bonding number of the outermost layer of medical masks observed

最内层轧点数量方差分析表见表3，其中SSA＝4785.468，SSE＝17.333，F＝565.637。根据自由度df1＝41,df2＝84和显著水平α＝0.05，通过查询F分布表得临界F0.05（41，84）＝1.53

表3 最内层轧点数量方差分析表Table 3 ANOVA-rendered result about the bonding number of the innermost layer of medical masks observed

2.1.2 立体显微特征的医用口罩区分

通过2.1.1的数据分析可知，口罩品牌与轧点密度之间有显著性差异，因此依据三个框内轧点数量的均值，可将口罩样品进行区分，如表4。

表4 样品口罩轧点信息Table 4 The medical masks classified with their bonding density

由上表可知，依据此方法可区分出绝大部分口罩，仅有极少部分样品不能用此法区分开来，如瑞洋制药和晨康，万福和峰之雪、LSGP、御尚方。

2.2 偏振光显微镜

偏振光显微镜主要是检测偏振光通过透明光学晶体材料后偏振态的变化，通过检测样品的偏振特性确定样品的结构[8]。经用偏光显微镜在400×放大倍率条件下观察医用口罩单根纤维，发现同种品牌的不同单根纤维其纵向形态和干涉特征会有所不同，同种品牌的同根纤维不同位置的纵向形态和干涉特征也有可能出现差异。即单根纤维的偏光特性对于口罩整体而言并不具有良好的代表性，其并不足以代表整个口罩。因此，若要根据医用口罩纤维的偏光特性对医用口罩进行区分，还需从其整体的偏光特性进行研究。

口罩的内层与外层分别放置于偏振光显微镜下，将光源亮度调至最亮，调整起偏镜至正交偏光位置，在40×放大倍率条件下，可发现口罩有轧点的区域呈亮白和墨绿色，而口罩纤维部分则呈橙红、橙紫、黄绿或浅黄色等颜色，见图3。

图3 医用口罩非织造布的纤维干涉色（正交，40×）（a：黄绿色；b：橙红色；c：橙紫色；d：黄色；e：橙绿色；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)

不同品牌的口罩样品、同一品牌口罩的不同层，其纤维部分的干涉颜色均会出现差异，依据口罩纤维的干涉颜色可将口罩样品进行区分，见表5。

表5 样品口罩纤维干涉颜色信息Table 5 The medical masks classified with their interference color

2.3 讨论

通过观察医用口罩样品的最外层和最内层的立体显微图像，将其轧点种类的不同和相同单位面积内轧点的个数的差异作为依据对医用口罩样品进行区分，根据口罩最外层、最内层在偏光显微镜下呈现出的不同偏光特性也可对医用口罩样品进行区分。此方法简易快速，可实现对医用口罩样品的无损鉴别。但同时，采用立体显微镜对口罩进行检验时，外力对口罩的拉扯、口罩的放置方向、口罩的褶皱程度、比例尺厚度等均有可能在检验过程中造成误差，因此在进行立体显微镜检验时需确保口罩正常水平放置，尽可能保证口罩样品未受外力拉扯，且应平铺于载物台，在检验时还应选取尽可能薄的比例尺，以减小误差影响。而对于偏光显微镜法检验而言，其是依据口罩纤维上的干涉颜色进行鉴别，而口罩纤维的干涉颜色并不是单一颜色，且出现很多颜色相近的干涉色，如橙色和黄色，这两种颜色的区分度并不大，可能会对样品区分增加难度。另外由于仪器的差异、图像传输色彩失真[9]、每个人对颜色的感知和定义不同，在检验工作中也会产生一定的误差。

3 结语

本文利用显微技术对医用口罩进行检验，建立了一种简易快速的无损检验医用口罩的方法。根据医用口罩的最外层和最内层在立体显微镜下的显微特征和在偏振光显微镜下的干涉颜色将口罩样品进行区分，可实现对不同品牌不同来源的医用口罩的快速无损鉴别，为判断口罩的品牌或者生产厂家等信息提供技术支撑，为打击生产制造伪劣口罩的违法犯罪行为和在犯罪现场检验此类物证、追踪犯罪嫌疑人提供参考和借鉴。