工程师们设计了一种加热口罩来过滤和灭活冠状病毒

口罩已被证明能有效过滤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能更进一步，制造出一种利用热量灭活病毒的口罩。

研究人员的目标是建立面具里面有一个加热的铜网。当戴着口罩的人吸气和呼气时，空气在口罩上反复流动，空气中的任何病毒颗粒都被口罩和高温减慢并灭活。这样的面具可能对卫生保健专业人员研究人员说，以及难以实现社交距离的公众，比如拥挤的公共汽车。

“这是一个全新的口罩概念，因为它主要不会阻挡紫外线病毒．它实际上会让病毒穿过面具，但会减慢病毒的速度并使其失去活性，”麻省理工学院化学工程Carbon P. Dubbs教授迈克尔·斯特拉诺说。

研究人员已经开始建造原型，并希望很快开始测试。他们在一篇论文中描述了新的概念和设计ArXiv他们还将这篇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资深作者，麻省理工学院的研究生塞缪尔·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、梁鑫尧和金晓佳;本科生罗莎莉·菲利普斯;博士后Dorsa Parviz;以及Jacopo Buongiorno，东京电力公司麻省理工学院核科学与工程教授。

灭活病毒

斯特拉诺和布翁吉奥诺开始探索新类型的概念口罩3月，就在麻省理工学院缩减校内研究业务后不久。他们开始挖掘现有的关于不同类型口罩的科学报告，并没有发现主要通过加热杀死病毒的口罩。

“我们现在戴的口罩是为了捕获一些病毒。它们确实提供了保护，但没有人真正考虑过灭活病毒和消毒空气。这让我很惊讶，”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口罩。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，以确定杀死从自然呼吸中向内或向外流动的冠状病毒所需的最佳温度范围。

福奇尔说:“今天绝大多数口罩的功能是过滤，根据大小或电荷过滤颗粒。”“这种口罩依赖于一种不同的机制，主要是通过热失活来起作用。”

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倍到100万倍，这取决于最终的口罩尺寸。他们还表明，温度可以通过运行一个电流通过0.1毫米厚的铜网或热电加热器，由一个小电池供电。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口罩几个小时，并在吸入空气之前冷却空气。

福彻说:“当然，我们需要注意口罩使用者的安全和舒适。”“病毒灭活后，空气会冷却，使口罩使用起来舒适安全。”

研究人员利用呼吸创造了一种被称为逆流反应器的反应器，从而提高了病毒失活的效率。当戴着口罩的人吸气和呼气时，气流会不断逆转，使口罩内的病毒多次通过筛网，从而更有可能被灭活。净化后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，这种口罩适合你的脸，但与没有逆流反应器设计的情况相比，病毒需要更多的时间才能被灭活。”

铜网周围包裹着氯丁橡胶，这是一种绝缘材料，可以防止口罩外部变得太热而无法佩戴。

Buongiorno说:“在实现病毒失活温度的同时，对人的面部进行热绝缘，并确保吸入可接受的冷空气，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来解决这个问题。”

更好的技术

斯特拉诺说，N95口罩、外科口罩和布口罩是有效的，在大流行期间应该按照指示使用，但加热口罩的一个潜在优势是，因为它们可以杀死病毒，所以使用后不需要去污或扔掉。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:“我们想要展示的是，在脸上戴上不太麻烦的东西是可能的，它实际上可以让你呼吸无菌空气。”“能够吸入无菌空气，呼出无菌空气，保护你周围的人，保护你自己，这只是下一步。这是更好的技术。”

研究人员说，加热口罩比布口罩或外科口罩更贵，但在暴露风险高、成本不太重要的情况下可能有用。他们已经为他们的面具设计申请了专利，并计划与合作者开始在麻省理工学院测试原型。

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