一种能反复使用及实时呼吸监测的功能口罩制造技术

本申请公开一种能反复使用及实时呼吸监测的功能口罩，载体为呼吸阀口罩，呼吸阀内侧设有传感集成单元，传感集成单元包括杀病菌和病毒模块以及传感模块，杀病菌和病毒模块包括抗菌抗病毒特性的金属导电网格层、耐热基底以及两个引线组成；传感模块由单电极模式的摩擦纳米发电机构成，与电极贴附的摩擦层为易得电子的聚合物纳米纤维薄膜，相对的摩擦层为易失电子的聚合物纳米纤维薄膜，在两个摩擦层中间夹有垫片，用于调节输出电信号。通过呼气与吸气的反复过程，将人体呼吸过程中的机械能转化为电能，并且起到实时呼吸监测的作用，在不佩戴时，将杀病菌和病毒模块的两个引线接入直流电源，金属导电网格层产生的焦耳热能够起到杀病菌病毒的作用。病菌病毒的作用。病菌病毒的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种能反复使用及实时呼吸监测的功能口罩


[0001]本申请涉及医疗防护
，特别是涉及一种能反复使用及实时呼吸监测的功能口罩。

技术介绍

[0002]新型冠状病毒(COVID
‑
19)在全世界范围的爆发严重影响了全球经济的增长和人类的健康，其主要是以呼吸道通过飞沫进行传播。对于绝大多数呼吸道传染性病毒以及其他疾病来说，佩戴口罩是预防以及减少此类疾病传播的最有效的方法。因此，面对新型冠状病毒的肆虐传播，各国政府呼吁民众，在人流密集处活动必须佩戴口罩。然而，新型冠状病毒的持续的变异以及潜伏期的延长导致了防控工作的愈来愈艰难，并且口罩等防护物资也面临着严重短缺的局面。导致口罩供应严重短缺的因素有诸多方面，其中最根本的原因是由于目前我们所常见的防护口罩都是采用熔喷无纺布，一次性使用特性产生大量废弃口罩，给环境带来承重负担。虽然，一次性医用口罩能够抑制绝大多数传染性病原体，但是当顽固的病原体在口罩上积聚时，长时间的佩戴可能会降低防护效果，因此，它的使用时效仅有4~8小时左右。此外，对于已使用过后的口罩进行回收处理也带来很多问题，如若处理不当会导致传染性病原体的二次传播的风险。针对于已经感染新型冠状病毒的患者而言，在防止病毒再次传播给他人的同时也能够对自身的健康状态进行实时的监测。呼吸作为一项重要的生命体征，能够反映基础健康状况的一个重要指标。因此，在新冠疫情大流行的国际大形势驱使下，非常需要一种具有可重复佩戴的实时监测呼吸口罩。

技术实现思路

[0003]针对以上问题，本申请提供一种能反复使用及实时呼吸监测的功能口罩，通过提供实时的呼吸状态的监测测并且构建了病人的呼吸骤变以及呼吸骤停状况的报警系统。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种能反复使用及实时呼吸监测的功能口罩，包括口罩本体及设置在口罩本体中心位置处的呼吸阀，呼吸阀内侧设有杀病菌病毒和监测于一体的传感集成单元，传感集成单元包括杀病菌和病毒模块以及传感模块，传感模块位于内侧，正对贴近口鼻呼吸处，口罩本体外侧设有信号处理单元、报警显示单元，报警显示单元和信号处理单元通过导线连接，信号处理单元通过导线和传感集成单元连接；传感集成单元连有外接电源引线，供加热杀病菌和病毒使用，所述杀病菌和病毒模块自外而内由固定圆环框、具有抗菌抗病毒特性的金属导电网格层及具有排气孔的耐热基底构成；所述传感模块自外而内由电极网格层、易失电子的第一摩擦层、垫片和易得电子的第二摩擦层构成。
[0005]进一步地，所述信号处理单元包含采集信号的噪声滤波、信号放大、数模转换模块；所述报警显示单元包含微型显示屏、蜂鸣器以及电源管理模块（电源管理模块为现有技术，是将开发程序以及硬件集成到一个微型的PCB板上构建的模块。其中主要包含了Arduino Uno3开发板中一些需要的功能）。
[0006]进一步地，耐热基底为聚酰亚胺薄膜；金属导电网格层的材料与电极网格层的材料相同，选自银纳米线、铜纳米颗粒、碳纳米管和石墨烯中的一种；固定圆环框材质为亚克力板，第一摩擦层的材料为尼龙6纳米纤维薄膜；垫片为具有双面粘性的胶带；第二摩擦层的材料为聚偏氟乙烯。
[0007]进一步地，所述耐热基底上的排气孔采用激光点射技术在耐热基底上打孔，孔直径在150微米至250微米，通过孔密度来调节排气孔的气流量。
[0008]所述传感集成单元中的传感模块是基于摩擦纳米发电机的接触分离模式的传感器，通过呼吸气流产生的机械振动使第一摩擦层与第二摩擦层相互接触及分离，并通过静电感应效应产生表征呼吸状态的特征电信号。
[0009]所述传感模块产生的表征呼吸状态的特征电信号通过信号处理单元进行噪声滤波以及信号放大，所述信号处理单元传送出去的信号再由报警显示单元接收并将其转码后显示在微型显示器上。
[0010]所述的口罩在使用一段时间后，在杀病菌和病毒模块处接入直流电源，通过产生的焦耳热进行杀病菌和病毒过程，接入的直流电源为3.0 V，产生的温度为65℃~70℃。
[0011]本申请中的金属导电网格层、电极网络层是同时通过拉伸纺丝法将导电银单质网格缠绕在聚酰亚胺薄膜上制备而成，具体过程为：将硝酸银和聚吡咯烷酮溶解在乙腈中，聚吡咯烷酮和硝酸银的浓度分别为0.5 g/mL和0.2 g/mL，搅拌均匀后得到黄色粘稠液体，将其注入到1mL 注射器中，针头的内径约60微米，然后，将1 mL 注射器固定在注入泵上，再用直流转动马达和金属架自制接收板（接收板为方框形），接受板的两边分别黏附一层PI薄膜作为一个接收基底，注入泵推进速度为每小时1毫升以及自制接收板的转动的速度为500 r/min，得到均匀的微米级单根线，接收完成后，将附有硝酸银和聚吡咯烷酮混合物的十字网格的PI薄膜从接收板上揭下，在260℃下，加热处理2小时，得到聚酰亚胺薄膜为基底的导电银单质网格，聚酰亚胺薄膜的两侧均形成导电银单质网格，一侧作为电极网络层，另一侧作为金属导电网格层，两根导线用少量的银浆直接粘在金属导电网格层两端的表面作为外接电源引线。
[0012]所述传感集成单元通过摩擦起电和静电感应耦合效应将呼吸气流产生的机械能转换为电信号，该信号能够映射实时呼吸状态。
[0013]所述传感模块的灵敏度由摩擦纳米发电机的第一摩擦层和第二摩擦层的厚度及其两者之间的间隙决定。
[0014]所述传感模块置于口罩内侧，正对贴近口鼻呼吸处，并且能够直接接收到呼吸所产生气流的变化。气流的变化促使摩擦层产生电信号被传感模块接收，根据电信号的变化反映出人体呼吸状态的生理特征。
[0015]所述信号处理单元，分别设置在口罩外侧,并与传感模块连接。经过数据处理和传输部件将实时的电信号发送出去。
[0016]所述可重复使用的呼吸监测口罩的重复性体现在杀病菌病毒模块，将口罩佩戴一定时间后，表面吸附的微生物以及菌类经过直流电源加热处理后，可以反复循环使用。
附图说明
[0017]图1为本申请功能口罩的结构示意图；
图2为本申请功能口罩的金属导电网格层的SEM图和XRD图；图3为本申请功能口罩的传感集成单元的结构截面图；图4为本申请功能口罩的传感模块的工作原理图；图5为本申请功能口罩的信号处理单元的流程图；图6为本申请功能口罩在呼吸监测方面的应用场景；图7为本申请功能口罩在不同的呼吸状态下，产生的电压信号；图8为本申请功能口罩在不同的呼吸状态下，产生的电压信号以及对应的预警信号；图9为本申请功能口罩的电加热杀病菌和病毒的示意图，温度变化图以及稳定性测试图；图10为本申请功能口罩杀病菌前后的对比图；图中：10.口罩本体，20.呼吸阀，30.传感集成单元，31.杀病菌和病毒模块，32.传感模块，310.固定圆环框，311.金属导电网络层，312.耐热基底，323.电极网络层，324.第一摩擦层，325.垫片，326.第二摩擦层，40.信号处理单元，50.报警显示单元，60.外接电源引线。
具体实施方式
[0018]下面将结合附图和具体实施例，进一步对本专利技术进行详细描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能反复使用及实时呼吸监测的功能口罩，包括口罩本体及设置在口罩本体中心位置处的呼吸阀，其特征在于，呼吸阀内侧设有杀病菌病毒和监测于一体的传感集成单元，传感集成单元包括杀病菌和病毒模块以及传感模块，传感模块位于内侧，正对贴近口鼻呼吸处，口罩本体外侧设有信号处理单元、报警显示单元，报警显示单元和信号处理单元通过导线连接，信号处理单元通过导线和传感集成单元连接；传感集成单元连有外接电源引线，供加热杀病菌和病毒使用，所述杀病菌和病毒模块自外而内由固定圆环框、具有抗菌抗病毒特性的金属导电网格层及具有排气孔的耐热基底构成；所述传感模块自外而内由电极网格层、第一摩擦层、垫片和第二摩擦层构成。2.根据权利要求1所述的功能口罩，其特性在于，所述信号处理单元包含采集信号的噪声滤波、信号放大、数模转换模块；所述报警显示单元包含微型显示屏、蜂鸣器以及电源管理模块。3.根据权利要求1所述的功能口罩，其特性在于，耐热基底为聚酰亚胺薄膜；金属导电网格层与电极网格层的材料相同，选自银纳米线、铜纳米颗粒、碳纳米管和石墨烯中的一种；固定圆环框材质...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，刘文全，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：