口罩 定制_呼吸口罩

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⒉截至2022年底，全球新冠肺炎病例累计数量已超过6亿，保护呼吸系统是避免感染和减少病毒传播的最简单和最方便的策略。其中，外科口罩可以有效地抑制病原体、细菌和病毒从环境向人体的转移。普通医用外科口罩可以有效防止细菌或病毒通过呼吸系统进入人体，但没有抗菌或抗病毒活性。随着当今医疗保健的智能化管理，通过监测呼吸行为来诊断呼吸相关疾病变得越来越重要。

⒊基于此，来自深圳大学王奔助理教授联合广西大学的张亚斌教授共同开发了一种面罩，它将无颗粒防水织物、抗菌织物和隐藏式呼吸监测装置组装在一起，从而产生具有呼吸监测能力的高透气性、防水性和抗菌性面罩（图1）。此外，该多功能面罩还可以以无线和实时的方式监测呼吸状况，可收集呼吸信息用于流行病学分析。

⒋相关研究成果以“-， - ”为题于2023年4月23日发表在《 》上。

⒌图1 具有防水(自清洁)、抗菌和呼吸监测功能的高透气性口罩。

⒍这种兼具透气、防水、抗菌和呼吸监测口罩(-)主要包含三层（图1）。

⒎直接接触面部的内层(层1)是具有自清洁特性的防水层，能够实现高透气性和对小雾滴的低粘附性。中间层(第二层)由抗菌织物制成，可高效抵抗各种细菌。外层(第三层)是长纤维无纺布。呼吸监测装置固定在第1层和第2层之间，呼吸监测聚偏二氟乙烯()传感器靠近嘴部呼吸位置。

⒏抗菌层(层2)依次通过自聚用聚多巴胺和通过浸涂程序用官能化。在与聚多巴胺层自聚之后，织物中的微米级纤维（图2-）被大量纳米级颗粒涂覆，这表明成功涂覆了聚多巴胺层(图2-)。在用进行浸涂处理之后，织物的表面被大量的覆盖，进一步证明了其在表面分布均匀（图2-）。原始织物、涂覆的织物和涂覆的织物的3表面形态证实了在聚多巴胺涂覆和涂覆工艺之后增加的表面粗糙度（图2-）。则进一步证实了和涂层在织物上的存在。

⒐作者继续评估了涂覆的织物的抗菌性能（图3）。

⒑如图3所示，作者以革兰氏阴性(大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(葡萄球菌)为代表的用于抗菌测试。对于不含银纳米粒子的涂层织物，织物没有抗菌能力，细菌在织物表面繁殖和生长。对于涂层织物，它们表现出优异的抗菌性能。

⒒为了在日常使用中通过应用上述涂覆的织物来验证口罩的抑菌能力，作者建立了一种以菌液为水源的加湿器，两个盖有样品的方孔，两个收集穿透细菌的培养皿（图3）。对于涂覆有的织物，细菌菌落的数量明显少于未涂覆的织物，进一步证实了口罩第2层的抗菌特性及其实用性。

⒓首先用湿法化学刻蚀工艺处理原始织物，在微米级纤维上构建纳米级粗糙结构，同时在纤维表面植入大量羟基，之后将含氟硅烷单层通过水解和缩合反应由所得的羟基锚定在织物表面上。作者比较了商用掩模和制造掩模的润湿性（图4），水滴在所设计 材料内层的表面上保持为球形，验证了优异的防水性。

⒔光谱和图谱显示了防水织物的化学组成（图4），表明含氟硅烷在表面上的良好接枝。为了测试所制备的拒水织物的水洗能力，作者在水环境中对织物进行1小时的超声波处理，织物保持高度疏水性，接触角约为135°，表明表面结构的坚固性和高稳定性(图4)。这些结果表明，所制备的面膜的疏水层具有高疏水性，具有优异的洗涤鲁棒性和稳定性。

⒕最后，作者将制得的抗菌织物层和拒水织物依次与无纺布复合后，制得功能性口罩。

⒖为了测试面罩的透气性，作者建立了一个半密封系统，其上部出口用准备好的面罩覆盖（图5）。将200 水放在准备好的面罩上，目的是通过产生的穿过水的气泡观察气流。作为对照，也在与制备的面罩相同的条件下测试市售面罩的透气性。当外部氮气倒入底部锥形瓶时，气体将被迫穿过置于烧瓶上部出口的面罩，在水相中产生气泡（图5-），所制备的面罩显示出来自连续渗透的空气的大量气泡，而对照组(商业面罩)显示出数量少得多的气泡，表明与商业面罩相比，所制备的面罩具有更好的透气性。

⒗最后，作者展示了面罩在呼吸监测中的概念性应用，由自供电压力传感器和紧凑型读出电路组成，包括模拟读数、低功耗微控制器单元()、模块、升压电路和轻型电池。传感器检测呼吸信号，然后转换为数字信号，再通过无线传输到智能手机（图6）。无线呼吸监测系统可以识别各种呼吸状况，包括正常呼吸、快速呼吸、咳嗽、憋气和说话（图6）。

⒘从实时测试曲线中，可以观察到异常呼吸行为，例如咳嗽、呼吸急促和屏气，可以很容易地与正常呼吸区分开来。这些结果表明，面罩提供了方便的呼吸监测能力，可以记录长期呼吸数据。

⒙综上，本文开发了一种高度透气、防水和抗菌的口罩，所涉及的口罩包括三层，无颗粒疏水层、抗菌层和保护层。呼吸监测装置固定在抗菌层和保护层之间，呼吸监测聚偏氟乙烯()传感器靠近口腔呼吸位置。

⒚该口罩主要具有以下特点：（1）疏水层对呼吸过程中产生的大雾和微雾都表现出优异的排斥性，同时保持高透气性并防止直接接触面部皮肤而渗透。

⒛防水层的无颗粒特征避免了可能对人体健康有害的纳米颗粒的引入。（2）抗菌层抑制含细菌气凝胶的通过。（3）外部保护层用于保护中间抗菌层免受纳米结构的日常磨损和破坏。此外，（4）该多功能定制面罩还可以以无线和实时方式监测呼吸状况，并收集口罩呼吸信息用于流行病学分析。

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