可持续的Covid-19防护

塑料无疑是个问题。如果目前的趋势继续下去，到2050年，其排放量将占所有温室气体排放量的15%左右，而且一旦产生，就很难处理。每年大约有八百万公吨的这种物质进入我们的海洋，并不断累积，对许多野生动物来说都是致命的。

然而，至少到2019年底，减少和替换一次性塑料袋和其他塑料制品的运动似乎开始在全球范围内流行起来:这至少是受到BBC纪录片系列的启发蓝色星球2，由大卫·阿滕伯勒解说。但在2020年初，这一切都改变了，我们现在处于一个非常不同的世界。在中国出现第一例不寻常的肺炎病例仅仅几个月后，某些用于个人防护装备(PPE)的塑料物品就成为了世界上最受欢迎的物品之一。其中大部分是一次性的，必须全部处理掉，这加剧了塑料垃圾的已知问题。正如法国保护组织Operation Mer Propre的劳伦特·隆巴德告诉英国的独立的据英国《每日邮报》报道，“很快地中海水域里被丢弃的面具就会比水母还多。”因此，在我们为数十亿人接种疫苗之前，大流行将一直存在，未来是否必须更多地使用塑料?

很快，地中海的面具就会比水母还多

在思考任何产品的环境负担时，使用诸如“可持续发展的7r”这样的框架是有帮助的:重新思考、拒绝、减少、重新利用、重复使用、循环利用和腐烂。通常，任何问题的最佳解决方案都是那些最接近列表顶部的解决方案，但在这里不适用。在大流行期间，拒绝使用个人防护装备或减少其供应可能仅仅是鲁莽的行为(例如在超市)，但这往往会造成犯罪危险。因此，我们需要从可持续性的角度重新考虑个人防护装备，这主要涉及两件事:尽可能远离一次性用品，改变材料的成分，使其在使用寿命结束时腐烂。

重复使用和腐烂

从环境的角度来看，理想的材料应该具有两个在现实世界中通常不兼容的属性:它应该是可重复使用的和可生物降解的。在临床护理中几乎无处不在的一次性手套通常由天然乳胶橡胶制成，这是从橡胶树中提取的异戊二烯(2-甲基-1,3-丁二烯)聚合物。这种天然产品易于生物降解，乳胶基PPE污染小。然而，其他类型的个人防护装备，如外科手术服和口罩，几乎总是由非织造或熔喷聚丙烯(PP)等油衍生聚合物制成。这些口罩很便宜，而且能有效保护佩戴者免受飞沫中携带的致病微生物的伤害，比如Sars-CoV-2——毕竟，这是使用它们的意义所在——但它们不易生物降解。非织造聚丙烯通常被用来制作超市推广的“生活袋”。

用生物聚合物取代用于制作手术服和口罩的油基聚合物，不仅可以减少这些过于耐用的一次性材料产生的海洋污染，还可以减少它们的整体碳足迹。谢凤伟(David Fengwei Xie)是英国华威大学的玛丽·居里研究员，他正在开发将大批量、低价值的“生物质”——无论是专门种植的作物还是农业废弃物——转化为高价值的可生物降解产品的工艺，这些产品现在包括个人防护装备(PPE)。他解释说:“传统的油基塑料重量轻、强度大、价格便宜，用它们设计出能有效击退细菌和病毒的产品相对容易。”“生产具有相同性能的可持续生物聚合物要容易得多，最终产品通常仍然更昂贵、更不可靠。”“甘蔗渣是甘蔗秸秆被碾碎提取汁液时留下的残渣，可以用来制作与一次性用品类似的材料，但它们并不理想。”“目前，它们可以做到这一点，但不如(传统塑料)，”谢补充道。要求不那么严格的塑料防护用品，如防护罩和遮阳板，可以更容易地用可生物降解的替代品替代。

然而，即使(或何时)有可能切换到可生物降解聚合物，如果要使PPE变得可持续，还需要考虑其生命周期的其他方面。城市和国家的整个固体废物管理战略受到了空前数量的一次性材料的影响，以抵御病毒。例如，在大流行的起源地武汉，预计2020年产生的医疗废物总量将比2019年至少增加25%。武汉的疫情爆发时间相对较短，控制得很好。如果要减少(例如)废弃口罩的体积，每个口罩都应该是可生物降解的和可重复使用的，而这可以通过使用新材料来解决。

如果你对一次性材料征收足够多的税，那么任何可以重复使用的东西都会比较便宜

拥有微生物学和公共卫生研究背景的美国加州大学欧文分校教授奥拉黛尔·奥贡塞坦(Oladele Ogunseitan)在今年春天大流行袭击美国时，将他的研究小组的注意力转向了医用口罩的新型材料。他说，口罩的材料有非常具体的要求。“它们应该耐用、可清洁，并且有足够大的孔隙供人呼吸，但又足够小，可以抵御所有携带病毒的飞沫和气溶胶。”他和其他团队正在研究的解决方案包括带电纳米颗粒，这种纳米颗粒可以击退病毒，具有有效的自我消毒功能，可以嵌入塑料基础的个人防护装备甚至织物口罩中。他补充说:“将这些颗粒嵌入口罩和手套中可以延长它们的有效寿命。”

然而，在大流行期间，在像个人防护装备这样无处不在且有用的产品中使用任何真正新颖的材料，都会在解决问题的同时产生问题，首先是成本。Ogunseitan认识到创新材料的这个问题，但他认为这可能是短暂的，因为一旦产量增加，成本将随着产量而下降。他说，监管可能会有所帮助:“如果对一次性材料征收足够多的税，那么相比之下，任何可以重复使用的材料都会更便宜，即使使用的材料更贵。”但即使是最先进的“自清洁”口罩也有有限的寿命，确保所有使用的材料都能回收利用是很重要的。

在大西洋的另一边，一群位于英国吉尔福德的纳米技术专家和企业家发现自己在正确的时间和正确的地点，他们的创业基金于2020年4月获得了Innovate UK的资助。他们的新公司“激进纤维”使用一种叫做静电纺丝的技术来生产柔性的、与织物兼容的电敏感纳米纤维。在疫情爆发之前，他们一直期待将这项技术应用于可穿戴电子产品——例如，面料中内置了类似fitbit的技术的跑步衫——但他们很快意识到，如果将其应用于口罩，可能会更直接地发挥作用。

这项技术包括将带电聚合物从溶液中抽出，变成细纤维。他们在口罩中使用的纤维由两种聚合物制成，包括聚偏氟乙烯(PVDF;(CH₂CF₂］_n）;它们是压电的，这意味着当机械施加压力时，它们会产生电荷。它们可以被纺成多孔垫，具有高电荷和小孔径，能够非常有效地捕获病毒颗粒，同时保持透气;这可以作为一个单独的层被合并到塑料或布口罩中。Radical fibers公司的罗伯·耶茨(Rob Yates)说:“根据定义，N95口罩可以过滤掉至少95%的空气微粒，这层口罩可以提供和临床标准N95口罩一样的防护病毒。”“嵌入压电过滤器的布料口罩可以为公众提供与外科口罩相同的保护，但它们更轻、更容易佩戴，最重要的是，它们比标准布料口罩耐用得多。”理想情况下，如果使用替代生物友好材料，我们的口罩可以有效使用大约三个月，然后就可以扔进堆肥箱了。”

清理

然而，解决PPE生命周期问题并不仅仅依赖于新材料。有效的去污可以让即使是标准的个人防护装备也能被多次使用，但所使用的方法必须仔细选择并经过彻底测试，这样才不会影响安全性。使用汽化过氧化物的去污方案正在全球范围内推广使用，其他几种去污剂也在加紧研究中。

你可能不会想到美国国家航空航天局(Nasa)会对医用个人防护用品感兴趣，但其格伦研究中心的科学家和美国俄亥俄州克利夫兰大学医院的医生们一直在合作开发和测试重复使用N95过滤口罩的去污方案。他们最近发表了一项针对N95呼吸器使用过氧乙酸(CH_3.有限公司_3.H)气溶胶。已经接种了高度耐热的无害细菌孢子的呼吸器Geobacillus stearothermophilus或者使用噬菌体MS2(一种类似于Sars-CoV-2的RNA病毒)，暴露在雾化过氧乙酸中。每个周期持续76分钟，可消毒约2000个口罩;这可以扩大到每天净化约2万个口罩，足以满足一家大型三级医疗医院的个人防护装备需求。“我们用过氧乙酸进行一次去污循环，就减少了6对数，即减少了99.9999%的细菌孢子和病毒污染。”克利夫兰大学重症监护专家希恩·拉朱说:“我们还能够确保N95口罩可以用这种方法去污并重复使用至少五次，而不会出现过滤或口罩贴合性恶化的情况。”“对孢子的研究结果尤其令人印象深刻，因为它们对温度和其他常用消毒方法具有很强的抵抗力。”它们比冠状病毒等病毒更顽强:如果你能杀死一个孢子，你就有可能杀死任何微生物。”

美国宇航局格伦研究中心的莎伦·米勒和她的团队正在采用一种最初用于艺术修复的去污方法。这种方法最初是在观察到在外层行星轨道上遇到的孤立的氧原子会破坏碳碳键和碳氢键，从而产生易挥发的氧化物时发展起来的。这种反应性使氧原子能够分解有机化合物，包括细菌和病毒的脂肪膜。米勒回忆说:“在2001年炭疽热恐慌期间，人们曾研究过类似的方法来净化邮件。”

然而，原子氧是很难处理的，因为它是如此活泼和短暂，它必须在近真空的环境中原地制造。美国国家航空航天局团队的技术包括将装有要去污的个人防护装备的房间中的臭氧加热到55°C左右，“大约和普通吹风机一样热”。即使在这个温度下，臭氧也会分解成氧原子和氧分子;每个孤立的氧原子存在的时间刚好足以破坏碳-氢键或碳-碳键。这些反应足够多就会破坏病毒周围的脂肪膜。米勒补充说:“我们正在同样的N95口罩上测试这项技术，我们希望它能同样成功。”“没有理由这两种技术不能同样有效地净化其他类型的个人防护装备，比如手术服。”

成本的考虑

大流行的公共卫生挑战在中低收入国家比在富裕国家更难应对。中等收入的印度是世界上冠状病毒病例量第二高的国家，但其以往疫情的经验使科学家和政策制定者在制定一些适当的管理策略方面处于领先地位。新德里全印度医学科学研究所的维克拉姆·塞尼(Vikram Saini)的大部分研究生涯都在研究结核病，但当大流行席卷印度时，他被叫去帮忙。个人防护装备供不应求，他的团队能够设计出一种快速和安全的去污方案，使其能够在需要时重新使用。这种方法也使用蒸发的过氧化氢，可以在任何医疗机构进行，整个过程不超过半小时。塞尼说:“我们的工艺过程中唯一的分解产物是水和氧气，所以它是完全安全的，没有环境污染物。”“这也具有成本效益，易于实施。”

未来不需要更多的塑料

Covid-19大流行无疑让我们在塑料和新材料的制造、回收和处置方面收获颇多。然而，重要的问题是，这种新知识将在多大程度上使我们的大流行做法更具可持续性?解振华对此非常乐观，但他认为这需要国际合作和共同思考，而现在许多国家似乎特别缺乏这种合作和思考。他说:“疫情让我们更深入地思考塑料。”“未来不需要更多的塑料……但我们必须记住，从长远来看，与塑料垃圾作斗争甚至比今天与病毒作斗争更复杂。”

克莱尔·桑瑟姆是一位生活在英国剑桥的科学作家