本发明专利技术公开一种基于3D通孔金属铜介质的人呼吸气病毒灭活和采集装置，该装置集成于密闭面罩上，包括吸入气病原微生物灭活机构、呼出气病原微生物灭活机构和呼出气病原微生物富集式采集机构，其中第一传热介质、第二传热介质、第三传热介质和第四传热介质均为具有3D微小通孔结构的金属铜泡沫热交换介质。本发明专利技术可作为吸入气和呼出气中病毒等病原微生物消杀的便携式个人防护装置，还具备富集式采集人呼吸气中病毒等病原微生物的功能；吸入气和呼出气中病毒等病原微生物消杀功能可以在同一装置同时实现；还具备的人呼出气中病毒等病原微生物富集式采集的功能可与所述消杀功能同时具备。时具备。时具备。
【技术实现步骤摘要】
基于3D通孔金属铜介质的人呼吸气病毒灭活和采集装置
[0001]本专利技术涉及人呼吸气体中病毒等病原微生物灭活和采集的便携式装置生产制造领域，特别是涉及一种基于3D通孔金属铜介质的人呼吸气病毒灭活和采集装置。
技术介绍
[0002]由新发或已知病毒引发的严重呼吸道传染病能以极高感染率和传播速度引发大规模流行。呼吸道传染病无疑是近年全球关注的焦点。近年来，SARS
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CoV、MERS
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CoV、H1N1、H5N7等呼吸道病毒引发的重大疫情相继爆发，严重威胁人类社会安全与稳定。尤以新型冠状病毒(SARS
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CoV
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2)影响最为巨大，截至2021年3月，全球由SARS
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CoV
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2感染引发的肺炎(COVID
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19)已累记确诊超过1亿，死亡人数超250万。近九成科学家认为SARS
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CoV
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2不会彻底消失，而会在全球范围内局部爆发。
[0003]提升呼吸道病毒个人防护能力是切断病原体传播途径和保护易感人群有效手段。传统观念认为呼吸道传染病的病原体主要依靠咳嗽或喷嚏等产生的大液滴和飞沫进行传播。但最新研究发现诸如SARS、新型冠状病毒等呼吸道传染病病原体可通过患者呼吸、说话、咳嗽等行为产生的可悬浮“气溶胶”小液滴作为主要传播载体被人体吸入并引发感染。病原体
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气溶胶的物理尺寸很大程度上决定了它们能在空气中停留多久、传播多远、是否可被吸入、以及吸入后能进入到呼吸道多深的位置。研究表明大部分由呼吸产生的气溶胶尺寸都在5微米以下，且病毒等病原体在5微米以下的气溶胶中更为富集。一项针对流感病毒的研究指出，病毒RNA多见于粒径不超过4
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5微米的气溶胶中；另一项则发现，超过一半的甲型流感病毒来自尺寸小于2.5微米的气溶胶。这使得它们更有利于长时间的漂浮在空气当中实现远距离的“非接触”扩散，且容易进入支气管和肺泡区域发生感染。
[0004]目前，用于人吸入气体中病毒等病原微生物防护的装置主要为空气过滤式口罩。其主要工作原理是使含有害物的空气通过口罩的滤料过滤后再被人吸入或者呼出。目前市面上存在多种类型的口罩，其中医用外科口罩以及N95级口罩的防病毒效果较好，大致由(内层)吸湿层、(中层)核心过滤层和(外层)阻水层构成。其关键的核心过滤层均由一层熔喷非织造布构成，该熔喷非织造布是一种以聚丙烯为材料，由许多直径范围在0.5
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10μm的纤维纵横交错以随机方向层叠形成纤维过滤膜，并加以静电处理来增强纤维过滤膜对病毒颗粒的俘获能力。根据液滴和飞沫颗粒的大小和气流速度，过滤膜可通过多种机制捕捉含病毒飞沫：较大颗粒遇到过滤纤维时，由于其惯性而无法改变方向，因此会经惯性碰撞并附着在纤维上；中等尺寸颗粒则可沿着气流运动，与纤维表面接触时被纤维拦截；当粒子尺寸极小时，受随机粒子运动(小粒子的布朗运动)控制，运动方向脱离气流方向，碰到纤维时被吸附；特别是当纤维上存在静电荷时，纤维上的静电荷对颗粒会产生静电吸附。
[0005]为达到对含病毒的飞沫或气凝胶均具有更佳的过滤效果，诸如N95等级别口罩往往采用更多的熔喷非织造布形成多层数的核心过滤层。但同时也导致了诸多不足，首先，口罩的透气性大大降低，使人感觉呼吸困难，长此以往呼吸系统也会受到一定的影响，增加心血管疾病的风险。为此甚至有些品牌上了呼气阀，但这种采用呼出气直排方式，却是以牺牲
对周围人的保护作用为代价；其次，如果人呼出气中存在的大量水分(约14.6mL/h)不能有效排出会快速降低纤维过滤膜上静电荷对病毒
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气溶胶的静电俘获效果，其对小粒径
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病毒气溶胶的拦截能力将大打折扣，与普通纱布口罩相差无几；另外，这种高消耗率的过滤式口罩几乎无法回收利用，简单的蒸、煮、用紫外灯烤、喷酒精等方式并不能实现循环使用口罩。此外，为保证防护效力，有专家建议一次性医用口罩和医用外科口罩均为限次使用，累计使用不超过8小时，甚至更短时间，"超期服役"将使防护效能大大降低。这无疑会造成熔喷非织造布(以石油为原料)资源大量消耗，而大量丢弃的废旧口罩引发环境污染问题。
[0006]灭活是阻断病毒等病原微生物传染的另一手段。常用的灭活细菌及病毒的方法包括化学试剂、射线、干热、湿热等。但此类方法涉及到特殊药剂或专业设备较适合于特定场合的特殊消杀，不便于用于个人的日常防护。由于新型冠状病毒是被脂质双层包围的包膜病毒，病毒刺突蛋白从脂质包膜突出，包膜和刺突蛋白都对热敏感。因此，热灭活是对如新型冠状病毒等呼吸道病毒进行消毒的相对容易实施和安全、有效的方法。但在干热状态下，由于热穿透力较差，微生物的耐热性较强，必须长时间受高温的作用才能达到灭菌的目的。因此，常规的干热灭活为保证灭菌效果，一般规定在135
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140℃灭菌3
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5小时；160
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170℃灭菌2
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4小时；180
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200℃灭菌0.5
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1小时。
[0007]有研究表明，基于毛细管高效热传导条件下，在相对较低温度(56－65℃)下处理15－60分钟和较高处理温度(70－100℃)下持续处理1
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15分钟即可实现有效灭活。例如，新型冠状病毒在70℃热处理5分钟实现了>4.5log10的杀灭，另一项研究表明，新型冠状病毒在92℃热处理15分钟可实现>6Log10的消杀。然而，为了能在更大范围的实际利用热处理进行空气传播的病原体灭活，这种方法需要在更短的热处理时间内实现有效消杀才行(温度更高或传热更有效)，否则这种热处理方法的实用性有限。
[0008]另外，实现及时高效的人员监测和大范围人员筛查能力是控制传染源和影响疫情走向的关键所在。据北京中日友好医院通报，一位发热肺炎患者前三次咽拭子SARS
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CoV
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2核酸检测均为阴性，直到需上呼吸机插管时经肺泡灌洗液样本才确诊COVID
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19。全球范围内常有经十数次鼻咽试子检测才确诊的病例。关键影响因素包括：首先，受限于样本来源。以SARS
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CoV
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2为例，其以侵犯下呼吸道，引发深部气道和肺部炎症和损伤为主。我国COVID
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19诊疗方案试行第八版明确指出“下呼吸道标本(痰或气道抽取物)更加准确”。但下呼吸道采集难度大，有患者创伤和医护感染风险，而COVID
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19患者又以干咳为主(67.7％)，少有痰液。因此，实际临床多为鼻咽拭子等上呼吸道标本，这成为影响其核酸检测率低的重要原因，但目前少有关注。其次，手工操作过多。鼻/咽拭子采集位置非常关键，如拭子未达目标处，大部分样本不含病毒，人工取样不仅影响检测准确性和稳定性，还有人员感染风险。可谓“一步薄弱，全局堪忧”。
[0009]研究本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于3D通孔金属铜介质的人呼吸气病毒灭活和采集装置，该装置集成于密闭面罩上，其特征在于，包括：吸入气病原微生物灭活机构，所述吸入气病原微生物灭活机构包括第一密闭腔体(1)，所述第一密闭腔体(1)内设有第一传热介质(2)，所述第一传热介质(2)用于吸附和加热灭活病原体
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气溶胶粒子，所述第一密闭腔体(1)的任一侧面贴合有第一热源(3)，所述第一密闭腔体(1)的一端连通有散热器(4)的出风口，所述散热器(4)的上方设有微型风扇(5)，所述第一密闭腔体(1)的另一端连通有第二密闭腔体(6)，所述第二密闭腔体(6)内设有第二传热介质(7)，所述第二传热介质(7)用于降低所述第二密闭腔体(6)内流动空气的温度，所述第二密闭腔体(6)的一侧面贴合有制冷制热片(8)的制冷面，所述制冷制热片(8)的制热面与所述散热器(4)实现热交换；呼出气病原微生物灭活机构，所述呼出气病原微生物灭活机构包括第三密闭腔体(9)，所述第三密闭腔体(9)内设有第三传热介质(10)，所述第三传热介质(10)用于加热灭活和吸附病原体
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气溶胶粒子，所述第三密闭腔体(9)的任一侧面与所述第一热源(3)贴合；呼出气病原微生物富集式采集机构，所述呼出气病原微生物富集式采集机构包括第四密闭腔体(11)，所述第四密闭腔体(11)内设有第四传热介质(12)，所述第四密闭腔体(11)的任一侧面贴合有第二热源(13)，所述第四密闭腔体(11)的出口连通有负离子发生器通道(14)，所述负离子发生器通道(14)连通有第五密闭腔体，所述第五密闭腔体内设有吸附结构(23)；所述第一传热介质(2)、所述第二传热介质(7)、所述第三传热介质(10)和所述第四传热介质(12)均为具有3D微小通孔结构的金属铜泡沫热交换介质。2.根据权利要求1所述的基于3D通孔金属铜介质的人呼吸气病毒灭活和采集装置，其特征在于：所述第一密闭腔体(1)、所述第二密闭腔体(6)、所述第三密闭腔体(9)和所述第四密闭腔体(11)均由加厚铝箔围成，所述第一传热介质(2)、所述第二传热介质(7)、所述第三传热介质(10)和所述第四传热...
【专利技术属性】
技术研发人员：向安，卢兹凡，薛梅，郭晏海，汪莉，周磊，汪钦，陈果，李永强，余楠楠，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军军医大学，
类型：发明
国别省市：
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