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以色列科学家发明可重复利用口罩,USB连接手机充电器就能消灭病毒

以色列科学家发明可重复利用口罩,USB连接手机充电器就能消灭病毒
2020年06月24日 13:42 新浪网 作者 麻省理工科技评论
以色列科学家发明可重复利用口罩,USB连接手机充电器就能消灭病毒

  2020 年,新冠疫情袭击全世界,截止北京时间 6 月 23 日,全球新冠肺炎累计确诊超 908 万,累计死亡人数 47 万多人,在与病毒对抗中,口罩成为必不可少的防护工具。

  据世卫组织最新的判断,疫情至少还会持续很长一段时间,因此世界范围内口罩的需求持续增长,是大概率事件。

  这种情况也使口罩垃圾成了环境保护方面的一个重大隐患,因为我们现有的规范体系如我国的 GB 19083—2010《医用防护口罩技术要求》、YY 0469—2011《医用外科口罩》、YY/T 0969—2013《一次性使用医用口罩》、甚至包括美国 FDA 和欧盟 CE 的口罩标准,全部只将标准的约束范围聚集于口罩的防护性能,而对于口罩使用的材质并没有特殊要求。

  但是,现有口罩材料基本都是难以降解的聚丙烯,如果不能加以反复利用,肯定会对于环境产生巨大压力。

  可以想象,如果还是以目前每天换一个到两个口罩的速度来计算,不久全世界可能都将陷入另一个 “白色帝国” 的环境污染危机当中。

  为了多次利用口罩,很多 “机智” 的网友想了很多方案,如清洗、酒精消毒、微波炉消毒、紫外灯照射,蒸锅蒸等等。

  但对于新冠病毒,我们最需要关心的是口罩本身对于飞沫和病毒的过滤效率。清洗和消毒过程对材质的损害是不可预知的,比如口罩变形、头戴部件老化、变松之后,会引起过滤效率下降和过滤层受损,最终导致口罩无法达到气密性要求。

  如果用消毒剂消毒,也会存在消毒成分残留的问题。在当前的情况下,参照最新美国 CDC 对于口罩延长和反复使用的建议,最有效的反复利用口罩的方式就是合理保存,并在低湿度的情况下对口罩进行加热,也就是说蒸气消毒的方式是不合理的,水蒸气会降低口罩对于飞沫的过滤度,而比较推荐的方式就是让使用太阳光照射加热方式来进行消毒。

  由于新冠病毒无法在摄氏 40 度以上长期存活,因此这个方案还比较靠谱。就在近日,一组来自以色列理工学院(Technion – Israel Institute of Technology)的科学家宣称,他们发明了一种使用方法十分简单的可重复利用口罩:只需要将口罩连接上 USB 线和手机充电器,就可以在半小时内杀死口罩上的新冠病毒,实现口罩的再生。

  团队负责人 Yair Ein-Eli 教授宣称,该可重复方法简单方便,可以显著缓解疫情期间的口罩产能不足、环境污染等问题。

以色列科学家发明可重复利用口罩,USB连接手机充电器就能消灭病毒

  图 | Figure 1 新型可重复利用口罩,只需要 USB 线和手机充电器,就可以实现口罩的再生。(图片来源:The Technion - Israel Institute of Technology)

  事实上,口罩并不是完全不可以再生利用。如果可以用简单的办法杀死口罩上的病毒,口罩的寿命就可以大幅延长。

  口罩再生,既要杀灭口罩上的病毒,也要保证口罩的防护性能不会损坏。新冠病毒对高温、紫外线敏感,乙醚、75% 酒精等消毒剂也能有效杀死病毒。

  但对于普通家庭来说,高温通常不好控制,紫外线设备也不是家家都有,而热水和消毒剂虽然可以杀死病毒,却也会破坏口罩的结构,让口罩失效。

  如果有可能,口罩最好还是不要再生,能及时更换新的口罩,是保证防护效果最好的办法。

  然而,拥有足够多的可以及时更换的口罩,并不是一件容易的事情。据统计,仅 3 月至 5 月,中国出口的口罩数量就达 706 亿只,但却远远不能满足全世界的口罩需求。以美国为例,截止到上月下旬,仍有 66% 的医务工作者所在的医疗机构存在口罩短缺的问题。

  为此,不少研究机构都在想办法延长口罩的寿命。在中国疫情最为严重的二月,北京化工大学陈建峰院士团队就曾提出过一种简单有效的口罩再生方法。首先,将一次性口罩置于 56°C 的热水中消毒 30 分钟;

  之后,再利用电吹风等家用电器对口罩进行吹干荷电处理,只要口罩可以吸附上纸屑,就可以确定它已经重新带上了对于拦截病毒来说至关重要的静电荷,恢复了其原有的功能。

  而这次以色列理工学院 Yair Ein-Eli 团队研发出的可重复利用口罩,则是目前为止使用方法最为简单、所需设备最少的可再生口罩之一。

以色列科学家发明可重复利用口罩,USB连接手机充电器就能消灭病毒Figure 2 Yair Ein-Eli,以色列理工学院材料科学与工程系系主任。(图片来源:Technion – Israel Institute of Technology)

  其奥妙在于,他们在 N95 级别口罩中加入了一层不导电,但通电后可以发热的碳纤维材料,并把这种纤维均匀、相互平行地铺在了口罩的中间层上。当口罩连接上 USB 线之后,在电流的作用下,发热纤维就会产生约 70°C 的温度。

  这样的温度并不会像蒸锅、烤箱、微波炉一样破坏口罩的结构,却足以杀死附着在上面的新冠病毒。同样也是半个小时,口罩就可以实现消毒,“获得新生”。

以色列科学家发明可重复利用口罩,USB连接手机充电器就能消灭病毒

  Figure 3 USB 充电线就可以让口罩达到 70°C 的温度。负责产热的碳纤维丝在红外显像下清晰可见。(图片来源:Technion – Israel Institute of Technology)

  Yair Ein-Eli 称,除了手机充电器,汽车上的点烟器也可以用来给口罩消毒。利用上下班路上的时间给口罩消会毒,等到下车的时候,口罩就可以再次使用了。

  Yair Ein-Eli 教授是以色列理工学院材料科学与工程系(Faculty of Materials Science and Engineering)的系主任,是一名知名的电池专家。疫情爆发之后,他发现不少工作人员的口罩一戴就是好几天,因此,他开始思考如何利用自己的专业知识发明一种可以重复利用的口罩。他最早的思路是用电池来实现口罩的自加热清洁,但电池会增加口罩的重量。

  之后,他的思路转向了使用充电器。但想要找到能够兼容所有型号手机充电器的发热材料,并不是一件容易的事情。他们测试了几十种材料,并最终找到了正确的碳纤维材料,可以让普通的手机充电器产生足够高却可控的温度。

  经过测试,他们发现,在经过每次加热 30 分钟、一共加热 20 次的重复实验之后,口罩的耐用性依然良好。研究人员相信,尽管加热的次数不能是无限的,但几十次应该没有太大的问题。Yair Ein-Eli 教授已经在三月份为这个发明申请了美国专利,目前也正在积极推进这种口罩的商业化生产。

  研究人员称,这种可再生口罩的成本每只会比常规 N95 口罩贵 1 美元(约 7 元人民币)左右,考虑到其可以重复利用的特性,这样的成本增加并不算多。而其更大的意义在于可以极大地缓解口罩的不足,同时降低大量一次性口罩对生态环境的影响。

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