病毒过滤系统及医用防护面罩和负压隔离舱的制作方法

本发明涉及一种病毒过滤防护装置，属于病毒过滤防护技术领域。

背景技术：

目前，防护装备和设施在隔离传染源、阻断微生物气溶胶的传播途径和保护易感人群三方面均发挥着重要作用，是阻止疫病扩散最快最有效的方式之一。近年来，我国一些机构加快了对医疗防护装备的研究，进行了一些防护装备的设计，制定了相关标准。但从目前研究和装备现状来看，这些标准和方法还处于基础研究和基本要求阶段，不能满足病毒传染的复杂实际情况。经分析，还存在以下问题：

装备的滤过性不足，不能实现对病毒的完全过滤。主要原因是过滤材料的性能和微观结构不满足要求：如研究发现经非生物粒子测试合格的n95口罩（材料聚丙烯）对病毒气溶胶的防护效率低于95%，且随流速的增加效率逐渐降低。即使是n99口罩也不能实现对病毒气溶胶的完全过滤，实验证明多种n99口罩的噬菌体ms2的穿透率均大于3%；传染病负压隔离病房只能过滤粒径≥0.3μm的颗粒，远大于新冠状病毒尺寸的0.1-0.15μm；防护服对非油性颗粒的过滤效率标准要求过低（不小于70%）。上述问题主要原因是目前过滤材料基本为聚丙烯等高分子材料，为保持空气的流动性而形成的孔洞为不规则孔洞，孔洞尺寸不一，控制困难，且高分子材料不耐高温和有机溶剂，杀灭病毒困难。

医疗防护装备内部微环境空气流动不合理。通过合理设计内部空气流动装备，提高医疗装备病毒防御能力，提高医护人员穿戴的舒适性。

防护装备特别是单人防护装备自身没有抑制、灭杀病毒的措施。由于医护人员需要长时间穿戴防护装备，患者长时间隔离，防护装备需设计抑制或灭杀病毒的辅助手段。

上述不足造成了极大隐患，尤其作为抗击疫情的广大一线医护人员，面对大量的疑似感染人群或确诊病患，被感染几率较高，为改善这些问题，系统性提高医疗防护装备效果势在必行。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种病毒过滤系统及医用防护面罩和负压隔离舱，解决现有病毒防护装置中病毒过滤问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种病毒过滤系统，病毒过滤系统包括作为初级过滤的超亲水过滤膜、作为精准过滤的超疏水气凝胶过滤膜和加热消毒装置，所述超亲水过滤膜的孔径为10-20μm，所述超疏水气凝胶过滤膜的孔洞尺寸小于100nm，所述加热消毒装置的加热温度超过56摄氏度。

进一步地，病毒过滤系统具有封闭壳体，封闭壳体具有进气端和出气端，靠近进气端安装所述超亲水过滤膜，所述超疏水气凝胶过滤膜设置在封闭壳体内部靠近超亲水过滤膜的位置，所述加热消毒装置设置在封闭壳体的内壁或外壁上，还包括通过正压或负压促进空气从进气端向出气端流动的空气循环系统。

作为一种改进，所述封闭壳体包括外壳和内壳，所述超亲水过滤膜的一侧安装在外壳的进气端，超亲水过滤膜的另一侧连接所述内壳，内壳内部装有所述超疏水气凝胶过滤膜，所述加热消毒装置安装在所述内壳外壁上。

作为一种改进，所述超亲水过滤膜为超亲水纳米银颗粒复合不锈钢网滤膜。

进一步地，所述超亲水纳米银颗粒复合不锈钢网滤膜制备方法为：选取厚度为20μm、孔径为10-20μm不锈钢网，采用激光直写技术在不锈钢膜上制备微纳米粗糙结构，再通过电沉积方法，在其上沉积纳米银颗粒，形成具有吸附飞沫且具有杀灭病毒作用的超亲水纳米银颗粒复合不锈钢网滤膜。

作为一种改进，所述超疏水气凝胶过滤膜为超疏水复合气凝胶病毒过滤膜，选用具有规则孔洞的sio2、ni或zno气凝胶。

优选地，所述超疏水气凝胶过滤膜为sio2气凝胶，接触角达到150°以上。

进一步地，所述加热消毒装置包括加热元件和紫外线杀毒元件。

作为本发明的一种实施例，一种医用防护面罩，采用所述的病毒过滤系统，包括罩内带正压的密封面罩，病毒过滤系统安装在所述密封面罩的进气口处。

作为本发明的一种实施例，一种负压隔离舱，采用所述的病毒过滤系统，包括舱内带负压的密封舱体，病毒过滤系统安装在所述密封舱体的出气口处。

本发明的有益效果是：本发明过滤系统通过双层膜进行过滤，超亲水过滤膜为初步过滤，超疏水气凝胶过滤膜为精准过滤，加热消毒装置可实现即时消毒杀灭病毒，有较高的病毒过滤效果，期望目标过滤效率接近100%。过滤系统具有实施灭杀病毒作用，为其长期不间断使用打下基础。本发明空气循环系统实现风量和风向的动态控制，在保障病毒过滤效率的情况下力求医护人员或患者使用舒适性。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的病毒过滤系统结构示意图；

图2是本发明的超亲水纳米银颗粒复合不锈钢网滤膜图；

图3是本发明的二氧化硅气凝胶（平均孔径56nm）图；

图4是本发明医用防护面罩结构示意图；

图5是本发明负压隔离舱结构示意图。

图中，1、超亲水过滤膜，2、超疏水气凝胶过滤膜，3、加热消毒装置，4、空气循环系统，5、封闭壳体，5-1、外壳，5-2、内壳，6、病毒过滤系统，7、密封面罩，8、密封舱体。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于本领域技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

如图1-3所示的一种病毒过滤系统，病毒过滤系统6包括作为初级过滤的超亲水过滤膜1、作为精准过滤的超疏水气凝胶过滤膜2和加热消毒装置3，所述超亲水过滤膜1的孔径为10-20μm，所述超疏水气凝胶过滤膜2的孔洞尺寸小于100nm，所述加热消毒装置3的加热温度超过56摄氏度。

进一步地，病毒过滤系统6具有封闭壳体，封闭壳体具有进气端和出气端，靠近进气端安装所述超亲水过滤膜1，所述超疏水气凝胶过滤膜2设置在封闭壳体内部靠近超亲水过滤膜1的位置，所述加热消毒装置3设置在封闭壳体的内壁或外壁上，还包括通过正压或负压促进空气从进气端向出气端流动的空气循环系统4。

作为一种改进，所述封闭壳体包括外壳5-1和内壳5-2，所述超亲水过滤膜1的一侧安装在外壳5-1的进气端，超亲水过滤膜1的另一侧连接所述内壳5-2，内壳5-2内部装有所述超疏水气凝胶过滤膜2，所述加热消毒装置3安装在所述内壳5-2外壁上。

作为一种改进，所述超亲水过滤膜1为超亲水纳米银颗粒复合不锈钢网滤膜。

进一步地，所述超亲水纳米银颗粒复合不锈钢网滤膜制备方法为：选取厚度为20μm、孔径为10-20μm不锈钢网，采用激光直写技术在不锈钢膜上制备微纳米粗糙结构，再通过电沉积方法，在其上沉积纳米银颗粒，形成具有吸附飞沫且具有杀灭病毒作用的超亲水纳米银颗粒复合不锈钢网滤膜。

作为一种改进，所述超疏水气凝胶过滤膜2为超疏水复合气凝胶病毒过滤膜，选用具有规则孔洞的sio2、ni或zno气凝胶。

优选地，所述超疏水气凝胶过滤膜2为sio2气凝胶，接触角达到150°以上。

进一步地，所述加热消毒装置3包括加热元件和紫外线杀毒元件。

本发明一种实施例的结构见图1，由四部分组成：第一部分为超亲水过滤膜，第二部分为超疏水气凝胶过滤膜，第三部分为加热消毒装置，第四部分为空气循环系统，通过正压或负压促进空气循环。过滤系统通过双层膜进行过滤，超亲水过滤膜为初步过滤，超疏水气凝胶过滤膜为精准过滤，加热消毒装置可实现即时消毒杀灭病毒，空气循环系统实现风量和风向的动态控制，在保障病毒过滤效率的情况下力求医护人员或患者使用舒适性。

第一部分超亲水纳米银颗粒复合不锈钢网滤膜制备：选取厚度为20μm，孔径为10-20μm不锈钢网，采用激光直写技术在不锈钢膜上制备微纳米粗糙结构，通过电沉积方法，在其上沉积纳米银颗粒，形成具有吸附飞沫且具有杀灭病毒作用的超亲水纳米银颗粒复合不锈钢网滤膜，见图2。其中纳米银颗粒为广谱抗病毒材料，可抑制病毒，超亲水结构可吸附通过滤网的灰尘、病毒飞沫、气溶胶、细菌等细微颗粒，当携带病毒空气进入到过滤膜时，起到异物过滤和病毒、病菌初步消杀作用。

第二部分超疏水复合气凝胶病毒过滤膜制备：基于新型冠状病毒的尺寸在100nm-150nm，分别制备sio2、ni、zno气凝胶，控制其孔洞尺寸在100nm以下。病毒过滤膜材料设计为超疏水复气凝胶滤膜，气凝胶具有规则孔洞，并能够通过工艺调整孔洞大小；制备出的孔径可控的二氧化硅气凝胶见图3，该气凝胶孔径均匀性较好，小于新冠状病毒尺寸（0.1-0.15μm），可实现病毒的有效隔离。经硬脂酸修饰后，接触角达到了150°以上。硅气凝胶为无机材料，熔点高，可以通过高温、紫外、有机溶剂等进行杀灭病毒和细菌。

第三部分为加热消毒装置：设计高温杀毒和紫外杀毒元部件，实时对滤膜处消毒，实现滤膜在线自清洁功效。研究表明，56摄氏度30分钟就可以把新型冠状病毒灭活，温度越高，灭火时间越短。本发明采用材料均为无机材料，可耐瞬间高温，采用瞬间高温，可有效及时杀灭病毒。

第四部分为空气循环系统：根据内疫景和外疫景等不同应用环境，通过空气循环系统促进空气循环，并可对过滤系统实现风量和风向的动态控制。

参考图4，作为本发明的一种实施例，一种医用防护面罩，采用所述的病毒过滤系统，包括罩内带正压的密封面罩7，病毒过滤系统6安装在所述密封面罩7的进气口处。正压防护面罩主要作用是隔离外部空气中的病毒；注重滤膜的过滤效率和送风量的控制，在面罩内形成一定正压力，使得外面气体、液滴和病原体进入不了面罩内，达到防护效果。

参考图5，作为本发明的一种实施例，一种负压隔离舱，采用所述的病毒过滤系统，包括舱内带负压的密封舱体8，病毒过滤系统6安装在所述密封舱体8的出气口处。负压隔离舱是在隔离舱内形成负压效果，病原体在隔离舱内部，干净空气从外入内后被病毒污染，然后通过病毒过滤系统过滤杀灭净化后排出隔离舱，避免患者病毒散发到外部。

本发明还可用于负压隔离病房：负压隔离病房实施类似病患转移负压隔离舱。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。