国际观察丨救命无数的N95口罩谁发明的?两名科学家,其中之一是成都人

发布时间:20-04-1007:31

在新冠疫情大暴发、病毒肆虐全球的2020年,N95口罩成了家喻户晓的“硬通货”。关于健康的人外出时该不该佩戴口罩,欧美国家经历了从“不必戴”到“不得不戴”的态度转变。

疫情之下,N95口罩保护了无数普通人和医护人员。然而,鲜为人知的是,拯救人类于新冠疫情的N95口罩发明者之一刘朝宇,不仅是地道四川人,还曾就读于电子科技大学。

刘朝宇手拿美国专利证书(左)和田纳西大学颁发的获奖证书(图据电子科技大学网站)

盛情相邀

两位“华人面孔”首次携手

近日,N95口罩关键材料的发明人之一、华裔科学家蔡秉燚(Peter Tsai)应邀在美国田纳西州诺克斯维尔市《新闻哨兵报》上介绍口罩的使用方法以及N95口罩的“前世今生”。

蔡秉燚介绍,20多年前发明N95口罩的时候,他还有一位“黄金搭档”,就是电子科技大学校友、时任田纳西大学等离子体研究中心研究员、博士研究生、现任美国弗吉尼亚州纽波特纽斯市美中友好协会主席刘朝宇先生。

30年前,刘朝宇从电子科技大学原物理电子学院硕士毕业后,赴美国田纳西大学攻读工学博士学位。

当时,年轻的华裔科学家蔡秉燚正在田纳西大学纺织系任教。他从刘朝宇的导师罗斯(Roth)教授处得知刘朝宇在等离子体方面颇有研究,就盛情邀请刘朝宇合作。

蔡秉燚有一个科研项目,是为美国3M公司(全称是明尼苏达矿务及制造业公司)研制空调及口罩的过滤材料。如何提升过滤效率,是研究的重点和难点。

蔡秉燚来自中国台湾,到田纳西大学纺织系之前学的是电子专业。刘朝宇来自大陆,两人在语言文化方面没有任何障碍,而且具有共同的学术背景,因此合作非常顺畅。

共同的科研志趣,也使刘朝宇和蔡秉燚从此建立了几十年的友谊。

刘朝宇和蔡秉燚在田纳西大学实验室合影(图据电子科技大学网站)

攻克难关

在常温常压下电离了空气

那么,在蔡秉燚和刘朝宇共同完成这项伟大发明时,他们一起攻克了哪些难关呢?

“我们都知道‘静电吸附’的现象,但怎么把它用到纺织物上面,提升吸附效率,这对我们两人都是一个新的考验和尝试!”刘朝宇说。

要利用“静电吸附”现象需要解决两个重要问题:其一是要在常温常压下电离空气;其二是要把电离后的等离子体“长期储存”到无纺布等织物上。其中,前者是由刘朝宇主要完成的。

通常,空气的原子或分子都是不带电的。在某些外界因素的作用下,如强电压、强磁场、高温度等,空气中的气体或原子的外层电子逸出,就产生了空气正、负离子。

虽然自然界就有空气电离的现象,人们也有很多方法可以电离空气,但是,要在空调等日常生活用品上使用,就必须探索能够在常温常压等日常条件下产生空气离子的方法。

当时,实验里的实验条件不够充分。为此,刘朝宇亲自动手搭建了部分实验仪器。

功夫不负有心人。1993-1994年,他们在“稳态辉光放电等离子体”(Steady-state,Glow Discharge Plasma)研究方面取得重要进展,并共同申请了数个美国专利。

1995年,田纳西大学科技中心对刘朝宇作为主要完成人所做的“常压辉光放电等离子体处理高分子材料的方法和装置”等两项专利给予了表彰奖励。

田纳西大学颁发给刘朝宇的奖牌。(图据电子科技大学网站)

产业转化

把空调过滤技术应用到口罩上

解决电离问题之后,刘朝宇和蔡秉燚还想办法解决了让离子“储存”在无纺布上的关键技术。

他们所开创的这项技术,通过与3M公司的合作,成功地应用到了空调过滤系统,大大提高了过滤效率,也为此后制造过滤效率更高的N95口罩奠定了基础。

毕业后,刘朝宇就离开了田纳西大学,主要致力于研究智慧校园和大数据医疗应用。因此,把“稳态辉光放电等离子体”迁移到口罩上的产业化应用工作,主要是蔡秉燚完成的。

田纳西大学材料中心N95口罩关键材料上电实验装置(图据电子科技大学网站)

蔡秉燚一直都在研究外科口罩和N95呼吸机内的过滤织物,并致力于完善它们,目前已花了30多年时间开发新的无纺布、超细纤维织物技术。

后来,随着美国制造业尤其是纺织产业向中国转移,相关技术也传播到了中国,刘朝宇多次和蔡秉燚来中国大陆交流。

2003年,“非典”暴发。江浙一带成为N95口罩的主要产区,在战胜“非典”中起到了重要作用。期间,蔡秉燚担任了多家口罩企业的技术指导。

如今,美国疫情正在蔓延,刘朝宇积极组织华人华侨开展防疫抗疫工作。他说:“十分欣慰,我20多前的科研工作和专利为N95口罩做出了成电贡献,今天要继续为抗击新冠肺炎和中美友好做出贡献!”

四川老乡

出生于成都,十年取得四项美国专利

多个媒体曾报道,刘朝宇出生于四川成都。在中国侨网上一篇发表于2004年,题目为《刘朝宇:成功属于坚韧不拔的开拓者》的报道中这样写道:“我于1962年生于成都,1989年毕业于电子科技大学,获得硕士学位;同年,赴美攻读博士,并于1995年毕业于田纳西大学电子与计算机工程系,随后进入威廉玛丽亚学院从事研究工作。在美留学期间,先后获得ΣI学生奖及美国空军奖学金;期间还就职于田纳西大学等离子体应用实验室研究员,先后在IEEE和APS年会及刊物上发表近30篇学术论文。在美工作期间,我先后参与并主持了计算机网络安全系统,智能卡医疗保健系统,智能卡应用开发软件(协议)等工作,积累了大量的计算机软件应用开发,市场营销,公司管理及规划的丰富经验。十年中,取得了四项美国专利。

刘朝宇的美国专利。(图据电子科技大学网站)

在电子科技大学网站上,对刘朝宇的描述是:作为美国弗吉尼亚州纽波特纽斯市美中友好协会主席,刘朝宇致力于推动中美两国的大学、学者的互访交流,不断推动双方的科研、教学合作,曾荣获2009年国务院侨务办公室颁发的“第二届百名华侨华人专业人士杰出创业奖”。

来自电子科技大学网站上的信息显示,刘朝宇近年来主要从事WAP无线通信应用、信息安全、太赫兹应用等领域的科研工作,并且在相关领域的国际合作交流、科技成果产业化等方面取得了丰硕的成果。

【延伸阅读】

疫情袭来,欧美国家“口罩态度”变了

疫情之下,普通人究竟要不要戴口罩?在中国,这不是个问题,不戴口罩你可能都出不了小区,而新冠肺炎疫情暴发以来的教训早已让小小的口罩成为生命不可承受之轻。

但对于身在海外的华人来说,疫情全球暴发前期,他们在戴口罩问题上是有些“手足无措”的,因为欧美社会普遍认为只有病人才需要戴口罩。

随着疫情蔓延,这个差异越来越凸显,有人之前形容说,全世界因口罩已经形成“两大阵营”。

随着欧洲新冠疫情持续发展,近日有一些欧洲国家和城市规定民众去特定场所必须戴口罩,一些知名专家明确支持民众戴口罩,实际生活中戴口罩的民众也逐渐增多。相比疫情之初几乎无人戴口罩,甚至歧视佩戴者,如今欧洲围绕戴口罩能否防感染的看法已经迎来“拐点”。

【德国】

中部图林根州耶拿市政府3月31日说,未来一周内将出台规定,要求民众必须在购物、搭乘公交和进入人流量大的建筑时戴口罩。耶拿将成为德国首个颁布“口罩令”的城市。

【奥地利】

总理库尔茨3月30日宣布,从4月1日起民众必须戴口罩才能进超市购物。他表示,此举不符合当地文化习惯,但从亚洲国家的经验看,戴口罩对防止病毒传播具有重要作用,民众必须做出适应性改变。据奥地利媒体报道,政府还有意将戴口罩的范围逐步扩大到公共交通工具及其他人员密集的公共场所。

【法国】

前卫生部长杜斯特-布拉齐4月1日表示,根据中国专家的经验,防控新冠疫情有两个关键措施:限制出行和戴口罩。虽然欧美没有戴口罩的习惯,但是“面对疫情,所有人都应该戴口罩,不论是生病的人还是健康人”。

【瑞士】

短短一两周时间内民众对口罩的看法就发生了改变,不仅邮局员工、药店员工、外卖骑手都戴上了口罩,有人下楼扔垃圾、遛狗也戴上了口罩,很多老年人如果不得不出门,也会戴上口罩。奥地利维也纳街头居民戴口罩的比例也明显增加。

【美国】

美国总统特朗普日前在白宫记者会上表示,美国疾病控制和预防中心建议民众佩戴“布质口罩”,以预防新冠病毒感染。这是美国官方在佩戴口罩问题上态度出现的新变化。美国疾控中心在一份最新声明中说,发布佩戴口罩的建议是由于近期研究发现,新冠病毒感染者中很大一部分是无症状感染者,还有一部分感染者在症状出现前就已将病毒传播给他人。鉴于此,疾控中心建议美国民众在超市、药店等人群密集的公众场所佩戴布质口罩,以遏制病毒社区传播。由于美国持续面临口罩、呼吸机、防护服等物资短缺的困境,疾控中心建议民众佩戴普通布质口罩,可以使用棉布自制,成本低廉,并强调要把N95口罩和医用外科口罩等留给医护和急救人员。此前,美国官方和医疗界一直不建议民众戴口罩,曾发生过有人在地铁车厢因戴口罩被当作病毒携带者而遭袭击的事件。美国就佩戴口罩发布新建议,不仅是缘于疫情急剧升级促使美国的防控措施更新,同时也凸显了无症状传播使美国疫情防控形势更加复杂。

封面新闻记者 王萌 综合新华社、电子科技大学网站、中国侨网等

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