工程师们设计了一种加热口罩来过滤和灭活冠状病毒

事实证明，口罩可以有效过滤SARS-CoV-2病毒等病毒，从而降低感染风险。麻省理工学院的一组研究人员现在希望更进一步，创造出一种通过加热灭活病毒的面具。

研究人员的目标是建立面具里面有一个加热的铜网。当戴口罩的人呼进呼出时，空气反复流过口罩，空气中的任何病毒粒子都会被口罩和高温减缓和灭活。这样的面具可能会有用卫生保健专业人员研究人员说，以及在拥挤的公共汽车等难以保持社交距离的情况下的公众成员。

“这是一个全新的口罩概念，因为它不会主要阻碍病毒。它实际上让病毒穿过了口罩，但却减慢了病毒的速度并使其失去活性，”麻省理工学院碳P.杜布斯化学工程教授迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)说。

研究人员已经开始建造原型，并希望很快开始测试。他们在发表的一篇论文中描述了这一新概念和设计ArXiv他们还将论文提交给了一家同行评议的期刊。

斯特拉诺是这篇论文的第一作者，麻省理工学院研究生塞缪尔·福彻是第一作者。其他作者包括麻省理工学院研究生丹尼尔·伦德伯格、梁新耀和靳晓佳;本科罗莎莉菲利普斯;帕尔韦兹博士后背部;以及麻省理工学院核科学与工程教授雅格布·布翁乔诺(Jacopo Buongiorno)。

灭活病毒

斯特拉诺和布翁乔诺开始探索新类型的概念口罩三月，就在麻省理工学院缩减校园研究活动后不久。他们首先挖掘了现有的关于不同类型口罩的科学报告，发现没有一种口罩主要是通过加热来杀死病毒的。

“我们现在戴的口罩是为了捕捉部分病毒。它们确实提供了保护，但没有人真正考虑灭活病毒和消毒空气。这让我很吃惊，”斯特拉诺说。

该团队开始设计一种可以通过加热杀死病毒的面具。他们决定使用铜网作为加热和捕捉元件，并进行了一些数学建模，以确定需要达到的最佳温度范围，以杀死因自然呼吸而流入或流出的冠状病毒。

Faucher说:“现在绝大多数口罩的功能是过滤，过滤颗粒大小或电荷。”“这种口罩依赖于一种不同的机制，主要通过热失活来工作。”

研究人员计算了冠状病毒在不同温度和捕获条件下降解的速度，发现约90摄氏度的温度可以使病毒颗粒减少1000倍至100万倍，这取决于最终口罩的大小。他们还表明，温度可以通过运行一个电流通过0.1毫米厚的铜网或由小电池供电的热电加热器。目前的原型包括一个9伏的电池，它可以提供足够的电力来加热口罩几个小时，并在吸入空气之前冷却空气。

“当然，我们需要注意口罩使用者的安全和舒适度，”福彻说。“病毒灭活后，空气会被冷却，使口罩使用更舒适、更安全。”

研究人员能够通过利用呼吸来提高病毒灭活的效率，创造出一种被称为逆流反应器的反应堆类型。当戴口罩的人呼进呼出时，空气不断地反向流动，使得口罩中的任何病毒都能多次通过口罩，从而使它们更有可能失效。净化的空气从口罩两侧的通风口流出。

斯特拉诺说:“这种设计意味着你可以戴上一个小口罩，它可以贴合你的脸，但与没有反向流动反应堆设计相比，病毒要花更多的时间才能失效。”

铜网被氯丁橡胶包围，氯丁橡胶是一种绝缘材料，可以防止口罩外部温度过高而无法佩戴。

Buongiorno说:“在达到病毒灭活温度的同时，对人的面部进行隔热，并确保可接受的凉爽空气吸入，这是一个有趣的传热挑战，我们用氯丁橡胶绝缘和再生加热解决了这个问题。”

更好的技术

斯特拉诺说，N95口罩、医用口罩和布口罩都是有效的，应在大流行期间按照指示使用，但加热口罩的一个潜在优势是，因为它们可以杀死病毒，所以使用后不需要消毒或丢弃。此外，它们可以通过消除病毒而不仅仅是过滤病毒来提供额外的保护。

斯特拉诺说:“我们的研究表明，有可能在脸上戴上一个不太麻烦的东西，它实际上可以让你呼吸医用无菌空气。”他说:“我们的下一步就是能够呼吸医用无菌空气，呼出医用无菌空气，保护你周围的人，也保护你自己。这是更好的技术。”

研究人员说，加热口罩比布口罩或医用口罩更昂贵，但它们可能在暴露风险高、成本不那么令人担心的情况下有用。他们已经为自己的面具设计申请了专利，并计划开始在麻省理工学院与合作者一起测试原型。

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