加热口罩设计过滤和灭活冠状病毒

麻省理工学院的一组研究人员正在研究一种口罩，可以通过加热使病毒失活。研究人员的目标是建立一个包含加热铜网的面具。当戴口罩的人吸气和呼气时，空气在网孔中反复流动，空气中的任何病毒颗粒都被网孔和高温减慢并灭活。研究人员说，这种口罩可能对卫生保健专业人员有用，也对在难以保持社交距离的情况下(如拥挤的公共汽车)的公众有用。研究人员已经开始制造原型，并希望很快开始测试。

“这是一个全新的口罩概念，因为它并不能主要阻断病毒。它实际上让病毒穿过口罩，但减缓并使其失去活性，”麻省理工学院化学工程教授迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)说。

灭活病毒

斯特拉诺和麻省理工学院的核科学与工程教授雅格布·布昂乔诺(Jacopo Buongiorno)从3月份开始探索新型口罩的概念，当时麻省理工学院正在加大校园研究的力度。他们首先研究了关于不同类型口罩的现有科学报告，并没有发现主要是通过加热来杀死病毒的口罩。

“我们现在穿的面具旨在捕获一些病毒。他们确实提供保护，但没有人真正考虑灭活病毒并消毒空气。斯特拉诺说，这让我感到惊讶。

该团队旨在设计一种将使用热量杀死病毒的面具。他们决定使用铜网作为加热和捕获元件，并进行了一些数学建模以确定最佳温度范围，他们需要实现从自然呼吸到内或向外流动的冠状病毒。

研究生塞缪尔·福彻(Samuel Faucher)说:“如今绝大多数口罩的功能是通过过滤，通过颗粒的大小或电荷来过滤颗粒。”“这种口罩依赖于不同的机制，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的降解速度，发现在大约90°C的温度下，病毒颗粒可以减少1000倍到数百万倍，这取决于最终口罩的大小。他们还证明，通过让电流通过0.1毫米厚的铜网或由小电池供电的热电加热器，就可以达到这种温度。目前的原型包括一个9伏的电池，它可以提供足够的能量来加热面罩几个小时，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，”Faucher说。“病毒灭活后，空气会冷却，使口罩使用舒适和安全。”

研究人员通过利用呼吸来提高病毒失活的效率，以创建一种称为逆流反应器的反应器。随着佩戴面膜的人进出，空气流动不断地逆转，允许面罩中的任何病毒多次通过网状物并使它们更有可能被停用。净化的空气在面膜两侧流出通风口。

“这种设计意味着你可以穿一块小面膜，它会适合你的脸，但病毒可以花费更多的时间停用而不是没有反应反应堆设计，”斯特拉诺说。

铜网包围氯丁橡胶，绝缘材料，防止面罩外部变得太热磨损。

Buongiorno说:“在实现病毒灭活的温度的同时，对人的面部进行保温，并确保吸入的空气凉爽宜人，这是一个有趣的热传递挑战，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、外科口罩和布口罩都是有效的，应该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，因为它们能杀死病毒，它们不需要消毒或在使用后扔掉。此外，它们可以通过消除病毒而不仅仅过滤它来提供额外的保护。

斯特拉诺说:“我们的研究表明，在脸上戴上不太笨重的东西是可能的，它实际上可以让你呼吸到医学上无菌的空气。”“能够吸入医疗无菌空气和呼出医疗无菌空气的前景，保护你周围的人和保护你自己，只是下一步。这是更好的技术。”

研究人员说，加热口罩将比布口罩或外科口罩更贵，但它们可能在暴露风险高、成本不那么令人担忧的情况下有用。他们已经为自己的口罩设计申请了专利，并计划在麻省理工学院与合作者开始测试原型。